(TPAD)

Objetivo

Mejorar la producción de biogás a partir de los lodos de una EDAR, entre otros, la digestión anaeróbica en dos etapas con diferentes regímenes de temperatura (TPAD) y la co-digestión anaeróbica.

1.1 Régimen de temperatura y sistema TPAD.

La digestión anaeróbica de lodos de EDAR se lleva a cabo principalmente en condiciones mesófilas (35-37ºC) debido a los menores costes energéticos derivados de su calentamiento, así como la mayor estabilidad del proceso a las variaciones del caudal y de la composición del fangos. Por otro lado la tasa de reducción de los sólidos volátiles (entre el 30-50%) y esta temperatura de operación no se consigue desactivar los organismos patógenos.

Como alternativa, la digestión termófila (50-60 º) es más eficiente en términos de eliminación de sólidos, producción de energía e higienización del efluente, pero también se encuentre se encuentran una serie de limitaciones a tener en cuenta: un mayor consumo energético para calentar el reactor (por lo tanto es imprescindible aislarlo correctamente), altas concentraciones de ácidos grasos volátiles (AGV) en los efluentes, menos estabilidad del proceso y un riesgo elevado de sobrecargas orgánicas, y en general en peores deshidratabilidad de los fangos digeridos.

La digestión anaerobia del fangos con dos etapas, una primera termófila (con un tiempo de retención entre 2-10 días) y una segunda mesófila (con un TRH de 20 días), puede ser una buena alternativa para optimizar la digestión anaerobia aprovechando las ventajas los dos regímenes de temperatura: higienización, mayores eliminaciones del sólidos volátiles, influyentes con bajo contenido de ácidos grasos volátiles, buena deshidratabilidad y mayores producciones de biogás.

Asimismo, combinar los dos regímenes de temperatura con la recirculación de biomasa y la posibilidad de incluir un tratamiento intermedio para favorecer la hidrólisis o bioaumentar los fangos recirculados, puede ser una alternativa para incrementar la producción de biogás.

1.2. Co-digestión anaerobia.

La co-digestión consiste en la digestión conjunta de residuos orgánicos de diferentes orígenes con el objetivo de aprovechar la complementariedad de las composiciones, de tal manera que permite perfiles de proceso más eficientes, y que amortiguan las variaciones temporales en composición y producción de cada residuo por separado. Asimismo, permite unificar metodologías de gestión y compartir instalaciones de tratamiento, haciendo un uso más eficiente de los equipos y compartiendo costes de explotación.

Esta gestión conjunta permite sinergias en la gestión, pero a la vez requiere una mayor coordinación entre los diferentes sectores y las autorizaciones administrativas correspondientes para poder gestionar los residuos conjuntamente. 

Metodología y actividades

Las actividades que es necesario desarrollar para conseguir los objetivos planteados se describen a continuación.

Actividad 1.

Diseño, construcción y puesta en marcha de una planta TPAD escala laboratorio.

En una primera instancia se pondrá en marcha una planta TPAD, con un reactor termofílico seguido de un reactor mesofílico. Los reactores que se utilizarán serán reactores de mezcla completa encamisados, con control de temperatura, con un volumen útil de 5 L. Posteriormente, para optimizar la configuración se añadirá la decantación y recirculación de fangos. Asimismo, se evaluará la posibilidad de introducir algún tratamiento intermedio.

Actividad 2.

Optimización de los parámetros de operación de los reactores TPAD.
Se operará la configuración TPAD durante el período necesario para optimizar sus principales parámetros de proceso como son el tiempo de retención hidráulico y la carga orgánica. Se partirá de un tiempo de retención hidráulico (TRH) de 20 días en los dos reactores, para ir disminuyendo progresivamente el TRH del reactor termofílico hasta llegar a su óptimo.

El seguimiento de los reactores será el habitual: ST, SV, pH, ALC total y parcial, DQO, NKT, N-NH4+, AGV, en entrada, salida y producción (caudal) y composición del biogás (CH4, CO2 H2S ). Así mismo se harán pruebas de deshidratabilidad del efluente digerido (centrifugabilidad y filtrabilidad) en los momentos que el reactor este en régimen estacionario.
Se desarrollarán los balances de masas correspondientes.
En caso de tener que regular la alcalinidad para el control del pH, se hará el seguimiento de los reactivos añadidos, dejando registro del mismo. Se determinarán las formulaciones de consumo del reactivo usado en base a la corrección del parámetro deseado. En cada caso de presencia de H2S, también se realizaran las mismas tareas que las mencionadas en el párrafo anterior con los reactivos añadidos. La finalidad última del estudio deberá perseguir la consecución de ratios, curvas de regresión del comportamiento entre distintos parámetros, etc. tales que permitan extrapolar los resultados a instalaciones industriales.

Actividad 3.

Evaluación de diferentes configuraciones TPAD con la inclusión de recirculación de fangos y/o tratamientos intermedios.
Una vez este optimizada la configuración TPAD, se evaluará dos posibles configuraciones. Estas incluirán:

  •  a) Una etapa intermedia de decantación y recirculación de fangos al reactor mesofílico y/o termofílico.
  •  b) Un pretratamiento de la corriente concentrada como pude ser la sonicación o el tratamiento a alta temperatura y presión.


El seguimiento para cada una de las configuraciones se realizara según lo especificado en el punto anterior.

Actividad 4.

Operación de la planta TPAD con la introducción de un co-substrato.

Se optimizará la operación de la configuración TPAD, o aquella que es considere más interesante, con la inclusión de un co-sustrato. La elección del co-sustrato se realizará en base a su disponibilidad y sus características. El objetivo de esta etapa es definir la estrategia de introducción del co-sustrato para maximizar la producción de biogás y minimizar los posibles problemas de inhibición, como pueden ser los fenómenos de inhibición por ácidos grasos de cadena larga (LCFA), en el caso de un residuo graso (p.e. residuo graso DAF).

El seguimiento se realizara según lo especificado en la actividad 2.

Actividad 5.

Evaluación de las diferentes configuraciones. 
Las diferentes configuraciones estudiadas, se evaluaran y se compararan entre ellas en cuanto a su producción de biogás, eliminación de materia orgánica y las características de los efluentes digeridos, contenido en AGV, características de deshidratación (filtrabildad, centrifugabilidad, etc.).

Actividad 6.

Asesorará y por asesorará indirectamente aportara su conocimiento en el desarrollo de un fichero Excel para el diseño de digestores anaerobios.

Se realizará un total de 4 informes: 3 informes semestrales donde se recogerán las actividades realizadas durante el período, y un informe final donde se recogerán todas las actividades, los resultados y las conclusiones finales del proyecto. Estos informes se presentaran a Passavant España, en las reuniones que se acuerden a tal efecto.

Se colaborará activamente en el desarrollo de un fichero Excel para el diseño de digestores anaerobios en colaboración con Passavant España. La responsabilidad y liderazgo del desarrollo del fichero Excel de diseño recaerá en la persona del equipo de Passavant España, que designe a tal efecto. Giro CT aportará el conocimiento, y trabajará conjuntamente con la persona designada. El objetivo de esta actividad es crear un fichero Excel que incorpore los resultados obtenidos en los experimentos y sea útil para el diseño de reactores anaerobios según las configuraciones que se estudien en el presente contrato.