Contenidos Jornadas Digestión Anaerobia

Jun 20, 2016 Categoría : sjornadas

NUEVAS OPORTUNIDADES PARA LA DIGESTIÓN ANAEROBIA

Juan M. Lema Rodicio Universidade de Santiago de Compostela

juan.lema@usc.es

En  los  últimos  años  se  han  abierto  unas  enormes  perspectivas  para  la  integración  de unidades  basadas  en  digestión  anaerobia  en  procesos  para  tratamiento y  reuso  de aguas  residuales  y  para  la  recuperación  de  recursos,  energéticos y  de  productos  químicos bajo el concepto de biorefinería. En el ámbito del tratamiento de aguas, el uso combinado de procesos para eliminación de  nitrógeno,  tales  como  sistemas  anammox  como  unidades  de  cultivo  de  algas  o  de intercambio iónico permite la concepción de nuevos procesos eficientes tanto bajo un punto de vista energético como el de minimización de la producción de lodos. En el ámbito de reuso de agua, se presenta un proceso combinado anaerobio/aerobio que  posibilita  la  recuperación  de  agua  de  gran  calidad,  minimizando los  consumos energéticos y la emisión de gases de efecto invernadero. En  los  últimos  años  se  ha    acentuado  el  interés  por  la  producción  de  biometano, pretendiendo  su  integración  en  las  redes  de  gas  natural.  Para  este  propósito  se propone  el  enriquecimiento  del  biogás  mediante  sistemas  tanto  biológicos  como  físico-químicos. Finalmente,  se  hace  una  valoración  sobre  los  procesos  de  biotransformación  de residuos  en  moléculas  químicas  básicas,  sobre  todo  ácidos  grasos,  como  piezas  que permitan  el  desarrollo  de  una  plataforma  carboxilada  para  la  obtención  de  productos químicos, incluyendo la producción de bioplásticos.

MODELADO MATEMÁTICO DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA: ENFOQUE, ALCANCE Y APLICACIONES

Jorge Rodríguez, Instituto Masdar de Ciencia y Tecnología de Abu Dhabi (Emiratos Árabes)

jrodriguez@masdar.ac.ae

El modelado matemático de procesos de digestión anaerobia es un campo maduro y bien establecido, caracterizado por modelos con estructuras mecanísticas basados en la buena comprensión de los sistemas subyacentes en la digestión anaerobia (DA). Esto permitió en su día la publicación del IWA ADM1 así como el gran número de desarrollos, aplicaciones y extensiones del mismo en los últimos quince años. El campo de la DA continúa no obstante expandiéndose rápidamente con nuevas tecnologías y procesos (aguas domésticas, alto contenido en sólidos), llevando a la necesidad de considerar el proceso en contextos más amplios, abarcando el ciclo de las aguas residuales en su conjunto. Los desafíos asociados con estos nuevos procesos, así como el deseo de intensificar y mejorar el funcionamiento de los procesos existentes, llevan a la necesidad de, por un lado mejorar el nivel de caracterización de los influentes, pero también de considerar la variación espacial dentro de los reactores así como el impacto de variables relacionadas con fluido dinámica, mezcla y transferencia de materia. Por otro lado, algunos procesos microbianos inicialmente no considerados y hoy mejor conocidos requerirán adaptaciones de la estructura en los modelos existentes. La gestión del elevado número de parámetros, típicamente requeridos en los modelos de DA continúa siendo un área que precisa de mejoras importantes y herramientas más rigurosas así como de una clara diferenciación de parámetros en términos de importancia y sensibilidad para cada aplicación deseada del modelo. Se puede afirmar que aunque el modelado matemático de procesos de DA continúa  aumentando en complejidad y exigencia para el modelador, los principios básicos de los procesos bioquímicos y fisicoquímicos, las leyes de conservación y la comprensión científica mecanística del proceso continuarán sirviendo como los pilares fundamentales para hacer frente a los nuevos retos.

IMPLANTACIÓN DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA EN EL SECTOR AGROPECUARIO

Xavier Flotats Ripoll. Universitat Politècnica de València

xavier.flotats@upc.edu

La producción de biogás mediante digestión anaerobia y su posterior aprovechamiento energético se ha demostrado uno de los métodos más efectivos para la mitigación de las emisiones de gases de efecto invernadero en el sector ganadero, contribuyendo asimismo a la producción de energía renovable y posibilitando la aplicación de procesos de recuperación de nutrientes.

Por sus características, la digestión anaerobia es un proceso clave en cualquier estrategia tecnológica sostenible de gestión de las deyecciones, pero sus bajas productividades en biogás dificultan su rentabilidad económica. Por ello es recomendable la co-digestión, esto es, la digestión anaerobia conjunta con otros residuos orgánicos, usualmente también de origen agrario o de la industria alimentaria.

La implantación de esta práctica a nivel de granja implica que los ganaderos han de ser también gestores de residuos. Alternativamente, podrían implantarse instalaciones colectivas. Diversos factores inciden en la conveniencia y éxito de la escala de implantación: precios de la energía, distancias y costes de transporte, usos del biogás, aspectos sociológicos y de liderazgo, implicación de los ganaderos y agricultores, planes de desarrollo regional, balance de nutrientes en la zona objeto del proyecto, etc. En la ponencia se analizan estos factores y se exponen ejemplos ilustrativos de implantación práctica.

INTEGRACIÓN DE LOS SISTEMAS BIOELECTROQUÍMICOS CON LA DIGESTIÓN ANAEROBIA PARA OPTIMIZAR LA RECUPERACIÓN DE ENERGÍA Y NUTRIENTES

August Bonmatí Blasi GIRO Unitat mixta IRTA-UPC IRTA

august.bonmati@irta.cat

La digestión anaerobia (DA) es una tecnología ampliamente extendida para el tratamiento de corrientes residuales de alta carga orgánica, como pueden ser los residuos ganaderos. Frente a sus múltiples ventajas, como la recuperación de energía en forma de biogás, la DA presenta algunas limitaciones. En primer lugar, sus efluentes contienen elevadas concentraciones de nutrientes (especialmente nitrógeno y fósforo, dependiendo de la composición inicial del sustrato procesado), por lo que será necesaria una gestión correcta y/o post-tratamiento del digerido. En segundo lugar, el proceso puede resultar inestable frente a sobrecargas orgánicas, o la presencia de productos inhibidores, sobre todo al trabajar en régimen de temperatura termófilo. Por lo tanto, será necesario implementar estrategias que permitan superar estas limitaciones.

Los sistemas bioelectroquímicos (BES) presentan una gran versatilidad para ser combinados con la DA con el objetivo de optimizar la producción de energía, mejorar la calidad de los digeridos y recuperar nutrientes. Se trata de bioreactores en los que las reacciones de oxidación y/o reducción están catalizadas por microorganismos y generalmente producidas en dos compartimentos separados por una membrana de intercambio iónico. Entre las diversas combinaciones posibles, se presentan ejemplos con objetivos diferentes: i) integración de una celda de electrolisis microbiana (microbial electrolysis cell, MEC) con el objetivo de reducir la carga orgánica residual del digerido y recuperar el amonio contenido en él para su posterior reutilización, ii) integración de una MEC para recuperar y estabilizar un reactor anaerobio inhibido por una sobrecarga orgánica y/o de nitrógeno amoniacal, y iii) integración de una MEC con un biocátodo capaz de convertir el CO2 a CH4 (electrometanogénesis), con el objetivo de enriquecer el biogás producido en el DA, aumentando la recuperación de energía del sistema.

MBR ANAEROBIO: ALTERNATIVA TECNOLÓGICA PARA TRANSFORMAR LAS ACTUALES ESTACIONES DEPURADORAS DE AGUA RESIDUAL URBANA EN FACTORIAS DE RECUPERACIÓN DE RECURSOS

Ángel Robles Martínez CALAGUA – Unidad Mixta UV-UPV

ngerobma@upv.es

El reactor anaerobio de membranas sumergidas (AnMBR) puede proporcionar el paso deseado hacia un tratamiento sostenible del agua residual, ampliando la aplicabilidad de la biotecnología anaerobia al tratamiento de aguas residuales de baja carga (ej. agua residual urbana) o a condiciones medioambientales extremas (ej. bajas temperaturas de operación). Esta tecnología combina las ventajas de los procesos de tratamiento anaerobio (baja demanda energética gracias a la ausencia de aireación y a la recuperación energética a través de la producción de metano) con los beneficios de la tecnología de membranas (ej. efluente de alta calidad y reducidas necesidades de espacio). Cabe destacar que la tecnología AnMBR podría permitir el autoabastecimiento energético del sistema debido a la generación de biogás. Otros aspectos que se deben considerar en el sistema AnMBR son el potencial de recuperación de nutrientes, la calidad del efluente generado y la baja cantidad de fangos producidos, siendo todos ellos de vital importancia cuando se evalúa el impacto medioambiental de una planta de tratamiento de aguas residuales urbanas.

La elevada calidad del efluente obtenido con la tecnología AnMBR (libre de sólidos suspendidos y patógenos), permitiría su uso directo sobre el terreno para aportar nutrientes (NH4+ y PO43-) a los cultivos, previa eliminación de los gases disueltos (i.e. CH4 y H2S). Sin embargo, debido a que en la actualidad la legislación no permite realizar esta práctica, se debe recurrir a la combinación de distintas tecnologías que permitan captar los nutrientes presentes en el efluente de un AnMBR, tales como los fotobiorreactores de membranas (MPBR).

MODELADO MATEMÁTICO AVANZADO DE DIGESTORES ANAEROBIOS MEDIANTE TÉCNICAS BASADAS EN CÓDIGOS CFD

Javier Climent. Universitat Jaume I

jcliment@uji.es

Javier Climent es ingeniero químico y master en eficiencia energética y sostenibilidad por la Universidad Jaume I. Actualmente es PDI y miembro del grupo de investigación del Grupo de Fluidos multifásicos del departamento de Ingeniería Mecánica y Construcción de la UJI. Está en su último año de doctorado, el tema central del cual consiste en aplicar las herramientas de modelización CFD en la depuración de aguas residuales mediante la implementación de modelos bioquímicos. Ha participado en diferentes proyectos de investigación en materia de simulación de procesos en EDAR. Ha participado en varios congresos nacionales e internacionales en el ámbito de la modelización aplicada a la depuración de aguas. Es miembro y profesor de cursos organizados por Cátedra FACSA-UJI en el ciclo integral del agua. Miembro de asociación de jóvenes profesionales del agua de la IWA.

DEL ESTUDIO EN LABORATORIO A LA EDAR. DIGESTIÓN EN DOBLE FASE DE TEMPERATURA EN LA EDAR DE ALCOI

Néstor Portes Alemany. FACSA

nportes@facsa.com

En los últimos años se han desarrollado multitud de tecnologías en el ámbito de la digestión anaerobia con la finalidad de reducir el tiempo de retención hidráulico, reforzar la reducción de materia orgánica y, por supuesto, incrementar la producción de biogás, tanto en calidad como en cantidad. También la higienización del digestato es uno de los objetivos que empuja a la búsqueda de nuevas soluciones en el campo de la digestión anaerobia.

Sin embargo, tanto los  tratamientos explorados en laboratorio hace años como los más recientes chocan con la dificultad de su implantación a escala real, ya sea por la magnitud de la inversión y su largo tiempo de amortización, o por la escasa necesidad, percibida por sus gestores, de transformar y mejorar estos tratamientos, apostando por la digestión anaerobia..

En 2011, el departamento de I+D+I de la empresa Facsa, en colaboración con el centro tecnológico AINIA, arranca un proyecto de investigación, Sludge4energy, con el objetivo de mejorar la autosuficiencia energética de una estación depuradora a partir de los fangos que genera mediante la combinación simultanea de estrategias de pre/post-tratamiento de los fangos con Ozono y un proceso de digestión anaerobia en doble fase acido-gas y de temperatura.

La exploración de esta tecnología ha permitido plantear ahora a la administración, y este es el verdadero reto en el que nos encontramos,  nuevas mejoras aplicadas a la digestión anaerobia de lodos de Edars urbanas que permitirán reducir su  volumen e incrementar su calidad agronómica, así como el aumento de la producción de energía eléctrica a partir de biogás, redundando en el cambio de paradigma desde la Edar como consumidora de energía y reactivos para depurar el agua residual a  productora de energía y recursos extraídos del agua residual en el proceso de depuración.

MBR ANAEROBIO CON MEMBRANAS CERÁMICAS PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS  RESIDUALES INDUSTRIALES COMPLEJAS

Antonio Sempere . LIKUID

asempere@likuidnanotek.com

El biorreactor de membranas anaerobio (AnMBR) es una tecnología innovadora que combina la digestión anaerobia y la filtración con membranas para la separación de la biomasa y el efluente. La digestión anaerobia ofrece una serie de ventajas importantes sobre los procesos aerobios. En primer lugar, no se requiere aporte de oxígeno, de forma que se eliminan las dificultades técnicas, el coste y la energía necesarios para la disolución del oxígeno en el sistema. En segundo lugar, se produce metano que sirve como una fuente de energía renovable. Por otro lado, los tratamientos anaerobios presentan ciertas limitaciones o desventajas que han limitado su aplicación más generalizada para el tratamiento de aguas residuales, tales como la menor eficiencia de depuración, la peor calidad del efluente y la mayor inestabilidad del proceso. La tecnología AnMBR permite superar estas limitaciones, ya que combina las ventajas del proceso anaerobio y la tecnología MBR en una solución muy robusta y compacta, caracterizada por la mayor eficiencia en términos de eliminación de materia orgánica, la mayor generación de biogás y la excelente calidad del efluente, que está totalmente libre de sólidos y material coloidal, lo que reduce o incluso elimina las necesidades de tratamientos aerobios de afine. La incorporación de las membranas cerámicas altamente hidrofílicas permite superar las limitaciones relacionadas con el ensuciamiento, ya que se trata de membranas con menor tendencia al fouling, mayor rendimiento hidráulico y elevada resistencia mecánica, química y térmica, especialmente indicadas para el tratamiento de aguas industriales complejas. En la presentación se analiza en profundidad la aplicación del sistema AnCBR® desde una perspectiva técnico-económica y se presentan casos de estudio de dicha tecnología.

EL BIOGÁS. UNA ECONÓMICA Y ECOLÓGICA FUENTE DE ENERGÍA. NECESIDAD DE LA LIMPIEZA PARA SU APLICACIÓN.

Joaquin Reina Hernandez. Energy & Waste S.l. EWTECH

jreina@ewtech-ing.com

El biogás procedente de la depuración de aguas residuales (EDAR) constituye un valioso material para la producción de energía, biocombustibles o la elaboración de productos químicos como el hidrógeno y el metanol. Al ser una fuente de energía renovable es inagotables, limpios y se pueden utilizar de forma planificadas. Su uso genera una menor contaminación y constituyen una alternativa viable al agotamiento ya sensible de energías fósiles, como el gas natural y el petróleo.

En términos generales se puede plantear que el biogás de EDAR, se caracteriza, por tener elevada concentración de H2S, en algunos casos siloxanos e hidrocarburos halogenados, sus principales componentes perjudiciales para su aplicación.

Para un adecuado uso del biogás como combustible se hace necesario, por tanto, su limpieza, para ello, se requiere el conocimiento de diferentes técnicas de limpieza y que modelo tecnológico es más adecuado a aplicar en cada caso.

Por otro lado, el biogás se presenta, como el principal sustituto del gas natural, ya sea para su aplicación como combustible para la automoción o para su inyección en la red. Esto se logra elevando el PCI del biogás hasta valores similares la GN, para ello, se requiere la eliminación del CO2 presente en él y una limpieza previa del mismo. Para ello, existen actualmente diferentes tecnologías en el mercado.

El objetivo de la jornada es dar conocer las necesidades de la limpieza del biogás para su uso en la producción de energía y las diferentes tecnologías existentes en el mercado para la producción de Biometano, es decir, enriquecimiento del biogás (upgrading).

EXPERIENCIAS DE CO-DIGESTIÓN EN PLANTAS DE BIOGÁS AGROINDUSTRIAL EN ESPAÑA. ADAPTACIÓN A LOS SUSTRATOS LOCALES Y LA VARIABILIDAD DEL MERCADO DE RESIDUOS

 

Luis Puchades Rufino, CEO Biovic consulting S.L.

luispuchades.rufino@gmail.com; lpuchades@biovic-consulting.es

La producción de biogás agroindustrial es una tecnología madura, y con interesantes aplicaciones energéticas y medioambientales. Sin embargo, sus niveles de implementación en España son bajos, comparados con la mayor parte de países europeos. Esta situación se deriva fundamentalmente de la ausencia de incentivos a este tipo de energía, y un grado de fiscalización muy elevado (impuestos a la generación eléctrica, impuesto de hidrocarburos y reciente impuesto de autoconsumo), entre otros.

Sin embargo, se han construido algunas plantas de biogás agroindustrial desde finales de la década pasada. La mayor parte de estas plantas ha debido readaptar su estrategia, desde un negocio fundamentalmente energético, a otro medioambiental, donde la gestión de residuos es uno de los aspectos claves de la cuenta de explotación. Se hará una revisión de los mecanismos que han adaptado diversas plantas de biogás para lidiar con un mercado en constante cambio y evolución como es el de la gestión de residuos, y las alternativas técnicas y de gestión aplicadas al tratamiento de residuos y subproductos tales como restos de alimentos envasados, diversos SANDACH, aguas orgánicas o residuos hortofrutícolas. También se hará mención a diversos casos específicos que han sucedido en proyectos en España, los problemas acaecidos y las soluciones implementadas. Se mencionará también las implicaciones de la correcta valorización de residuos en la gestión de los digestatos.

LA CODIGESTIÓN:   REVISIÓN DE UNA REALIDAD MUY VENTAJOSA EN LOS ASPECTOS MEDIOAMBIENTALES Y ECONOMICOS DE LA DIGESTIÓN ANAEROBIA.

Joan Mata-Alvarez. Universitat de Barcelona

jmata@ub.edu

La codigestión anaerobia ha alcanzado en los últimos años, una madurez importante a raíz del número de publicaciones y presentaciones en congresos que ha hecho que el número de aplicaciones industriales se multiplicase de forma muy notable.  Hoy en día, se puede afirmar que se trata de una opción madura para la Digestión Anaerobia y que si se dispone de los cosutratos adecuados es muy deseable su aplicación.

La presentación dentro de esta Jornada revisará la evolución de la codigestion en los últimos años y los aspectos más destacados de los casi 1000 artículos científicos referenciados que se han publicado sobre esta temática.    Concretamente, en la presentación técnica se describirán las ventajas e inconvenientes, así como las tendencias recientes de este procedimiento.  El tema se abordará por grupos de residuos teniendo en cuenta los sustratos tradicionales y los nuevos que marcan tendencia en la investigación.  También se incluirán los aspectos relativos a la modelización y al análisis del beneficio ambiental de este enfoque.

BIOREFINERÍAS A PARTIR DE LODOS DE EDAR

Gracia Silvestre. AINIA Centro Tecnológico

gsilvestre@ainia.es

Las biorrefinerías son instalaciones industriales que tienen como objetivo la transformación de la biomasa en un amplio espectro de bioproductos: energéticos, alimentos, piensos, fertilizantes y “commodities” químicas que se pueden utilizar como materia prima para la elaboración de distintos productos análogos a los de refinerías de petróleo.

La biomasa es la materia prima de una biorrefinería del mismo modo que el petróleo es una refinería tradicional. En las biorrefinerías, la materia prima son recursos biológicos como los cultivos tradicionales, residuos orgánicos de origen agrícola, ganadero, forestal, industrial o urbano. Para conseguir esta amplia gama de productos, las biorrefinerías integran en una misma instalación distintos procesos que pueden ser físicos, químicos, termo-químicos o biotecnológicos.

La presente presentación revisará distintas posibilidades/configuraciones de biorrefinerías a partir de la digestión anaerobia de los lodos de EDAR. La separación del proceso de la digestión anaerobia en dos fases biológicas, permite obtener una corriente rica en ácidos grasos volátiles en una primera fase, que puede utilizarse como efluente para la producción de biogás, y/o como sustrato para la producción de productos de alto valor añadido como los polihidroxialcanoatos, ácido capróico o sales de carboxilatos. Además, la corriente líquida de la segunda fase puede utilizarse para el cultivo de microalgas con fines agronómicos. La presentación incluirá la descripción de estos bioprocesos, el grado de avance, ventajas y desventajas, y los principales retos tecnológicos relacionados con este tipo de biorrefinerías.

TECNOLOGÍAS INNOVADORAS PARA LA MEJORA DEL BIOGÁS: DESDE LA INVESTIGACIÓN BÁSICA A LA EVALUACIÓN DE TECNOLOGÍAS

Jesus Colprim. LEQUIA. Universitat de Girona

J.Colprim@lequia.udg.cat

El biogás jugará un papel clave en la consecución de los objetivos de la Directiva Europea de Energías Renovables. Compuesto principalmente de CH4 y CO2, el biogás procedente de digestores anaeróbicos en plantas de tratamiento de aguas residuales debe ser liberado de impurezas antes de su uso. El proyecto BiogasApp aborda tres aspectos de la purificación de biogás: la presencia de siloxanos, la transformación del CO2 a CH4 y, por último, la selección de la tecnología de tratamiento más adecuada.

BIOGÁS: ASPECTOS TÉCNICOS DE LA INYECCIÓN EN LA RED DE GAS NATURAL

Ana Belén Juara Álvarez, ENAGAS GTS Unidad de Desarrollo del Sistema y Estudios

abjuara@enagas.es

 

Entre las diversas ventajas del uso del biogás destacan su contribución a la mejora de la seguridad de suministro, posibilita la disminución de la dependencia energética de un país y contribuye a la consecución de los objetivos medioambientales de la UE.

En España, la planta de Valdemingómez, uno de los mayores complejos de biometanización en Europa, es una referencia europea y, ha supuesto un éxito en cuanto a la integración del biogás en una red de Transporte de gas.

Desde el punto de vista operativo, la inyección de biogás en las redes de transporte de gas natural se considera un punto más de entrada al Sistema Gasista Español, como lo son los almacenamientos subterráneos, yacimientos, plantas regasificadoras y conexiones internacionales.

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