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Evaporación al vacío para el tratamiento del digestato en plantas de biodigestión

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Situación actual

La actividad ganadera genera gran cantidad de residuos procedentes de la actividad biológica del ganado y una gran parte de los mismos no pueden ser aprovechados como abono, ya que, o bien el ganadero no puede usar la totalidad de los residuos porqué habría una sobre-nitrificación del campo, o bien proceden de la ganadería intensiva donde no existe una actividad agrícola asociada, por lo que se convierten en excedentes.

Según la actual normativa los purines que excedan de los parámetros establecidos y no puedan ser destinados a la actividad agrícola serán considerados como residuos, por lo que deberán ser sometidos a los procedimientos y los criterios de gestión establecidos en las normativas españolas y europeas.

El proceso de biodigestión se lleva a cabo principalmente para la producción de biogás, que puede ser utilizado como combustible, a partir de diferentes residuos orgánicos, entre los que se incluyen los excrementos animales.

Además de la obtención de biogás, la biodigestión también permite reducir el potencial contaminante de los excrementos que se utilizan para generar dicho biogás, disminuyendo la demanda química de oxigeno (DQO) y la demanda biológica de oxígeno (DBO) hasta en un 90%.

Como resultado de este proceso se genera un residuo llamado digestato, que presenta un alto grado de concentración de nutrientes y materia orgánica, y es ideal para ser utilizado como fertilizante.

El digestato es un subproducto semi-líquido y puede aplicarse de forma directa, o previa separación en dos fracciones, sólida y liquida, lo cual aumenta su eficacia.

Las ventajas que presenta el digestato como fertilizante son:

  • Respecto a los residuos orgánicos antes de su digestión, los digestatos son más aptos para uso agrícola, generan menos olores, y presentan una mayor calidad higiénica.

  • El digestato presenta un mayor grado de mineralización al pasar el nitrógeno y fósforo orgánico a mineral tras la fermentación. Esto lo hace asimilable a un fertilizante mineral. El alza en los precios de estos últimos constituye una oportunidad para los digestatos.

Producción de fertilizante
Al generar menos olores, ser más higiénicos y tener mejores propiedades químicas, los digestatos son una gran opción agrícola

¿Puedo generar fertilizantes a partir de mi digestato?

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Procesos de separación

Para llevar a cabo la separación de la parte sólida y liquida se puede hacer:

Proceso de separación mecánica

En este caso, se lleva a cabo un tratamiento del purín mediante separación de residuos líquidos y sólidos. La parte sólida sería la que se aprovecharía como fertilizante y la parte líquida habría de ser gestionada como residuo.

El problema de esta tecnología es su baja eficacia a la hora de realmente separar los líquidos de los sólidos y la materia orgánica.

Esto se traduce en dos grandes inconvenientes para la planta de producción de biogás:

  • Desaprovechamiento de una gran parte de los sólidos y de la materia orgánica contenidos en el digestato, que no se consiguen separar, lo cual significa que se está obteniendo una cantidad mucho menor de fertilizante, y por tanto reduciendo los ingresos que se podrían obtener por su venta.

  • Aumento de la cantidad de residuo a tratar, ya que toda esta materia que no se aprovecha para producir fertilizante es un residuo que ha de ser tratado por un gestor y eso tiene un coste económico, es decir, se están convirtiendo lo que podrían ser ingresos en un gasto.

Planta de producción de biogás con evaporación de digestato

Después de analizar brevemente el proceso de separación mecánica, se puede concluir que es más rentable y eficiente reducir el volumen del digestato en la misma planta y recuperar esa gran cantidad de fertilizante que se pierde, ya que gracias a esta medida los costes por gestión de residuos se reducirían, a la vez que se aumentarían los ingresos por venta de fertilizante.

Este proceso se divide en dos partes:

  • En la primera parte los purines son mezclado con biomasa y transformados en biogás en un biodigestor. Posteriormente, este biogás es transformado en energía eléctrica en un combustor.

  • Tras este proceso de valorización se obtiene un efluente no vertible debido a su alta concentración de sales de amoniaco, conocido como digestato. Dicho digestato es tratado en un evaporador al vacío, que permite recuperar un 97% de agua limpia por una parte, y por otra un concentrado que puede ser convertido nuevamente en fertilizante estabilizado en un depósito de compostaje. La evaporación al vacío es la tecnología más adecuada para separar los sólidos de los líquidos del digestato.

El siguiente vídeo muestra el proceso de valorización y tratamiento de purines procedentes de cerdo y vaca mediante una planta de producción de biogás con evaporación de digestato.

Con un evaporador al vacío podemos separar entre un 90% y un 95% del agua de los sólidos y la materia orgánica, lo cual nos da un elevado concentrado de fertilizante.

Aunque su coste de inversión inicial es superior al de la separación mecánica, la mayor producción de fertilizante que se obtiene y los ahorros derivados de entregar una cantidad menor de residuos al gestor, compensan sobradamente dicha inversión inicial y lo convierten en una solución más económica a medio plazo.

Sus ventajas son numerosas:

  • La recuperación del fertilizante se incrementa y se ahorran importantes cantidades de dinero al no enviar digestato líquido al gestor de residuos.

  • El agua limpia (condensado) obtenida en el proceso de evaporación se puede usar como agua de mezcla en el principio del proceso de biogás, o ser vertida sin peligro si se prefiere.

  • El producto fertilizante combinado todavía se puede secar más y convertirse en fertilizante seco.

  • Una planta de evaporación es más eficiente eliminando agua del digestato que si se seca en una planta de secado.

  • Aumento de las ventas de fertilizante, que mejoran la rentabilidad de la planta de biogás.

  • El digestato es una sustancia que ensucia, lo cual alarga el tiempo de la operación. Los evaporadores de superficie rascada garantizan una operación sin paradas.

  • Los evaporadores pueden concentrar el digestato hasta altos niveles de concentración. Se obtienen concentrados viscosos de alta densidad.

¿Cuál sería el retorno de la inversión si produzco fertilizantes a partir de mi digestato?

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Planta termosolar en Abu Dhabi

En anteriores posts hemos hablado sobre las Plantas de Tratamiento de Aguas (PTA) y las Plantas de Tratamiento de efluentes (PTE) para centrales termosolares.

La PTA tiene como objetivo obtener agua ultrapura para generar vapor de calidad y la PTE se instala con el fin de depurar el rechazo de la PTA, de forma que el agua pueda ser reutilizada. Para tal fin se utilizan y combinan tecnologías como los evaporadores al vacío, cristalizadores, ósmosis inversa, depuración físico-química, entre otras.

En esta ocasión queremos compartir con vosotros unas espectaculares imágenes de una planta termosolar en Abu Dhabi, en cuya construcción participó Abengoa Solar, empresa con la que hemos colaborado para la implantación de Plantas de Tratamiento de Aguas y Plantas de Tratamiento de Efluentes.

Planta termosolar en Abu Dhabi

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Purificación, enriquecimiento y utilización del biogás

biogas_okPurificación del biogás

El enriquecimiento del biogás a la calidad del gas natural mediante contralavado con agua a presión es la tecnología con mayor flexibilidad posible para el tratamiento del biogás, independientemente de su calidad y cantidad. La tecnología se utiliza para enriquecer el biogás y separar con la mayor eficacia el dióxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno en un solo paso y con un proceso completamente automatizado.

El biogás se comprime hasta unos 7 bares y luego se lava en un flujo a contracorriente de agua en una columna de lavado. El dióxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno tienen una solubilidad en agua mucho mayor que el metano y se disolverán en el agua.

Para reducir la perdida de metano en el proceso el agua de lavado se transfiere a un tanque de expansión. Una parte de los gases disueltos se regasifica y pueden ser de nuevo comprimidos. En una columna de desorción el agua de lavado se regenera separando del dióxido de carbono y el sulfuro de hidrógeno en un flujo de aire a contracorriente para reducir de esta forma al mínimo el consumo de agua fresca. Después de enfriar el agua de lavado a baja temperatura, se reutiliza en el lavador, tras lo cual el biogás limpio se seca, primero en un filtro coalescente y luego en dos columnas de adsorción en paralelo a los puntos de rocío bajos.

El aire proveniente de la columna de desorción está cargado de dióxido de carbono, sulfuro de hidrógeno y trazas de metano, por lo que debe de ser tratado para cumplir con la normativa de emisión mediante una oxidación térmica regenerativa (RTO, que permita alcanzar los valores de emisión acordes con las instrucciones técnicas sobre la calidad del aire de control adaptable a la normativa de cada país.

Utilización del biogás

La mayoría de las plantas de biogás están equipadas con instalaciones de cogeneración que producen electricidad y calor. Algunas veces no se puede utilizar el exceso de calor y por tanto no se optimiza el resultado de las plantas de DA. En estos casos la alternativa es la producción de biometano que ofrece interesantes variantes económicas.

Mediante las tecnologías de enriquecimiento del biogás se elimina el CO2 del biogás de forma muy eficiente y se produce biometano con una calidad equivalente a la del gas natural (CH4 97-99%). Cabe destacar que el biometano es un gas renovable de elevada calidad, que se puede inyectar directamente en las existentes de gas natural. Algunos de sus usos son:

• Combustión en instalaciones alejadas de la producción (ciclo combinado).
• Biogás para el consumo directo en los hogares o industria.
• Biocombustible para vehículos.
• Energía verde.

Ventajas del enriquecimiento del biogás

• Las plantas se realizan en módulos estándar con diferentes capacidades y de fácil implementación.
• El CO2 se elimina del biogás a través de la tecnología de depuración por agua a presión.
• No se consumen productos químicos.
• No se requiere desulfuración previa.
• No hay demanda de calor.
• Eficiencia de recuperación de metano del 99%.
• Gran flexibilidad frente a variaciones de contenido de CH4.

Fuente:

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Tratamiento de emisiones de NOx mediante Reducción Catalítica Selectiva (SCR)

NOx - Tratamiento de emisiones de NOx

NOx – Tratamiento de emisiones de NOx

Los óxidos de nitrógeno NOx son unos compuestos inorgánicos gaseosos formados por la combinación de oxígeno y nitrógeno. Normalmente su origen lo encontramos en diferentes procesos de combustión, que se dan a elevadas temperaturas.

El monóxido de nitrógeno y el dióxido de nitrógeno son los dos óxidos de nitrógeno más peligrosos, ya que pueden resultar muy dañinos toxicológicamente. El dióxido de nitrógeno tiene además un  olor desagradable y muy fuerte. A pesar de ello, ninguno de los dos resulta ser inflamable.

Los óxidos de nitrógeno pueden ser originados en diversas industrias y procesos como la producción de energía, la combustión de carbón, petróleo o gas natural, la galvanoplastia, el grabado de metales, o diferentes tipos de soldadura.

La emisión de óxidos de nitrógeno resulta muy peligrosa para la salud, ya que afecta a los aparatos respiratorios de personas y animales, pudiendo llegar a producir enfermedades respiratorias y cardiovasculares por su carácter ácido. Además, una vez son emitidos pueden dar origen a otros contaminantes secundarios, por ejemplo el PAN (nitrato de peroxiacetilo). Las reacciones producidas en la atmósfera por estos compuestos son muy complejas, e intervienen radicales como OH, O3 NO, y otros.

Por todo ello es muy importante que aquellas industrias que fruto de sus procesos productivos originen emisiones de NOx, tomen las medidas necesarias para limitar la emisión de estos compuestos inorgánicos. Las tecnologías de tratamiento del aire para controlar las emisiones de NOx se pueden clasificar en dos grupos, aquellas que se aplican en la combustión para reducir la formación de los NOx, o aquellas consistentes en el tratamiento del efluente para eliminar los NOx.

En el primer caso encontramos diferentes opciones como los quemadores de baja producción de NOx, recirculación del gas, inyección de agua o vapor, etc. El problema de estas soluciones es que en muchos casos la reducción de NOx alcanzada no es suficiente para cumplir las estrictas legislaciones existentes.

Por ello es mucho más seguro apostar por tecnologías destinadas a la eliminación de los NOx, que se basan en la retención de los NOx o en su transformación en compuestos o elementos inocuos. Entre los distintos métodos de tratamiento de los gases de combustión, la tecnología de catálisis ha demostrado ser la más efectiva. Así, el proceso de la Reducción Catalítica Selectiva (SCR), que utiliza amoníaco como agente reductor, es hoy en día la tecnología más utilizada industrialmente y desarrollada en el mundo, pues permite eliminar eficaz, selectiva y económicamente los NOx.

El proceso SCR está basado en la reducción de los NOx con NH3, en presencia de exceso de O2 y un catalizador apropiado, para transformarse en sustancias inocuas tales como agua y nitrógeno de acuerdo a las siguientes reacciones. El amoníaco en forma de hidróxido amónico líquido, es vaporizado, diluido con aire e inyectado directamente en la corriente de gases a tratar a través de un distribuidor.

Sin embargo también es posible la aparición de reacciones secundarias indeseables, como la formación de óxido nitroso, o der nitrógeno molecular y óxido nítrico, cuando el amoniaco reacciona con el oxigeno
En el caso de combustibles con alto porcentaje en azufre, durante su combustión se produce también SO2 que puede ser catalíticamente oxidado a SO3. La oxidación del SO3 puede reaccionar con el agua y el amoniaco no reaccionado para formar ácido sulfúrico y sulfato amónico.

Las sales de sulfato se pueden depositar y acumular sobre el catalizador dando lugar a su desactivación si la temperatura del catalizador no es suficientemente alta, y el ácido sulfúrico formado puede provocar problemas de corrosión aguas abajo en la planta. Por tanto, dependiendo de las condiciones de operación requeridas se debe disponer de un sistema catalítico DeNOx altamente selectivo para reducir los NOx con el NH3 en presencia de O2, evitando todas las reacciones secundarias no deseables.

Lectura relacionada: Eliminación de NOx

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