Método para fermentar sustancias orgánicas que contienen nitrógeno y/o fósforo,

caracterizado por el hecho de que al menos una parte de las sustancias se separa en una fracción líquida y una fracción sólida usando centrifugación, tras lo cual la fracción líquida se purifica biológicamente mediante nitrificación y desnitrificación, de modo que, durante la purificación biológica, se forman líquido y lodo purificados biológicamente, y de modo que al menos una parte del líquido purificado se fermenta conjuntamente con la fracción sólida de las sustancias centrifugadas y conjuntamente con las sustancias no centrifugadas

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un método para fermentar sustancias orgánicas que contienen nitrógeno y/o fósforo, en el que, por un lado, se aumentan considerablemente el rendimiento y la capacidad de control del proceso de fermentación, gracias a un funcionamiento específico, y, por otro lado, se eliminan en gran medida los nutrientes con nitrógeno y/o fósforo de las sustancias a fermentar.

Estado de la técnica

La fermentación de material orgánico está aumentando su consideración como la manera más moderna de producir energía ecológica en la cantidad necesaria, entre otras cosas, para reducir la emisión de CO2 que se produce al utilizar fuentes de energía fósiles.

No obstante, la fermentación solamente transforma el material orgánico (carbono) en biogás, mientras que los nutrientes, tales como el nitrógeno y el fósforo, no son eliminados. De forma más específica, en lo que respecta al nitrógeno, durante la fermentación solamente se obtiene una transformación parcial del nitrógeno orgánico en nitrógeno amoniacal, pero el contenido total de nitrógeno permanece inalterado.

En otras palabras, en el caso de una fermentación convencional de estas sustancias, se crea un digestato en el que siguen presentes todos los nutrientes, tales como el nitrógeno y/o el fósforo de la materia fermentada (cultivo energético, estiércol animal), de modo que, normalmente, se opta por eliminar los nutrientes del digestato mediante técnicas aplicadas posteriormente para cumplir con los estándares de emisión imperantes o para cumplir con la necesidad impuesta de eliminar los nutrientes.

Además, en la práctica, se ha comprobado que al utilizar la manera convencional descrita anteriormente de fermentar sustancias orgánicas que contienen nitrógeno y/o fósforo, la presencia de altas concentraciones de nitrógeno, es decir, nitrógeno amoniacal (NH4-N), puede producir una inhibición considerable del proceso de fermentación, lo que, entre otras cosas, hace necesario construir grandes reactores de fermentación y/o mantener largos periodos de espera.

Esto hace que la fermentación, por ejemplo, de estiércol animal, resulte poco interesante. Varios autores afirman que existe inhibición en la fermentación con valores de 2 a 4 g/l de NH4-N, dependiendo, entre otras cosas, del contenido ácido (pH) y la temperatura en el reactor de fermentación. Normalmente, en estiércol animal se miden concentraciones más grandes de amonio, de modo que, en la práctica, al fermentar estiércol animal, normalmente se producirá una inhibición parcial por amoniaco.

Además, la fermentación de sustancias orgánicas que contienen nitrógeno y/o fósforo, tales como estiércol animal, produce una cantidad relativamente baja de biogás, en parte debido a que una parte considerable de la energía liberada durante la fermentación deberá ser usada para mantener la temperatura del reactor de fermentación, ya que es necesario construir grandes plantas.

En lo que respecta al procesamiento del digestato obtenido, el digestato se distribuye directamente en el campo, es decir, sin tratar, en la mayor parte de ocasiones. En algunos casos, el digestato se separa en una fracción sólida y una fracción líquida, por ejemplo, mediante una prensa de gato o por centrifugación. La fracción sólida resultante es secada o compostada. En el caso del posible procesamiento de la fracción líquida obtenida del digestato, normalmente se aplica una combinación de diversas técnicas de concentración, tales como filtración por membrana y evaporación.

No obstante, en el mejor de los casos, estas técnicas de purificación solamente permiten obtener una concentración de los nutrientes restantes (predominantemente nitrógeno), de modo que, normalmente, el procesamiento adicional de los concentrados obtenidos de esta manera no resulta muy sencillo.

Además, debe observarse que técnicas tales como la filtración por membrana y la evaporación disminuyen claramente la producción neta de energía de la planta de fermentación, debido a sus características de alto consumo energético.

De lo anteriormente descrito puede deducirse que, con los presentes conceptos de fermentación de sustancias orgánicas que contienen nitrógeno y/o fósforo, se obtienen rendimientos energéticos reducidos, debido entre otras cosas a la inhibición por amoniaco, y el procesamiento del digestato obtenido también resulta muy difícil y muy costoso.

EP 0.426.933 describe la purificación de agua residual lixiviada mediante fermentación y purificación biológica en etapas de funcionamiento. La purificación biológica comprende nitrificación y desnitrificación, y el exceso de purificación biológica es conducido al reactor de fermentación o anaeróbico, aunque contiene solamente exceso de lodo biológico.

US 2006/060525 y WO 2005/042408 describen sistemas para tratar líquido, residuos animales y agua residual que contienen partículas. Los sistemas comprenden sedimentación por gravedad, seguida por la fermentación de la parte inferior sedimentada de los materiales y la purificación biológica de la parte líquida superior de los materiales. No se lleva a cabo ninguna separación mecánica. De la purificación biológica solamente el lodo vuelve a la fermentadora.

Resumen de la invención

El objetivo de la presente invención es solucionar los inconvenientes mencionados anteriormente y otros adicionales.

Con este fin, la invención se refiere a un método para fermentar sustancias orgánicas que contienen nitrógeno y/o fósforo, en el que al menos una parte de las sustancias se separa en una fracción líquida y una fracción sólida usando centrifugación, tras lo cual la fracción líquida se purifica biológicamente antes del exceso de lodo biológico y al menos parte de la fracción líquida purificada biológicamente se fermenta, conjuntamente con la fracción sólida de las sustancias centrifugadas y conjuntamente con las sustancias no centrifugadas.

Este método comprende al menos una etapa funcional para separar las sustancias por centrifugación, una etapa funcional para fermentar al menos una parte de las sustancias, así como una etapa para la purificación biológica de al menos una parte de las sustancias mediante nitrificación y desnitrificación, de modo que, durante la purificación biológica, se forman líquido y lodo purificados, y de modo que el lodo y al menos una parte del líquido purificado se añaden a la parte de las sustancias que se fermentan.

La planta de purificación biológica consiste en una cubeta de nitrificación aeróbica en la que el nitrógeno presente es amonificado en primer lugar y posteriormente es nitrificado en dos etapas mediante organismos Nitrosomona y Nitrobacter en presencia de oxígeno, y en una cubeta de desnitrificación conectada a esta última y en la que, mediante diversos microorganismos heterotróficos en ausencia de oxígeno y en presencia de una fuente de carbono adecuada, el nitrito y el nitrato se transforman en gas nitrógeno inofensivo.

En realidad, el hecho de añadir una parte del líquido purificado biológicamente a los materiales a fermentar constituye el núcleo del concepto descrito, ya que permite asegurar que el proceso de fermentación se controla mucho mejor y se optimiza.

(1) En primer lugar, existe la posibilidad de precalentar el material a fermentar y, por lo tanto, ponerlo a la temperatura deseada. De hecho, la descomposición biológica del nitrógeno y del material orgánico en una planta de purificación biológica da como resultado una liberación de calor residual evidente. Por ejemplo, durante la descomposición biológica de COD se liberan ± 14 MJ/kg COD, mientras que durante la descomposición biológica del nitrógeno se liberan ± 25 MJ/kg N.

(2) Además, se hace referencia explícita a la posibilidad de reducir el contenido de nitrógeno amoniacal en el depósito de fermentación y, por lo tanto, reducir la inhibición por toxicidad por amoniaco en del depósito de fermentación, haciendo recircular el líquido y el lodo purificados biológicamente. Esto constituye un problema crucial cuando se fermentan de manera convencional sustancias orgánicas que contienen nitrógeno y fósforo.

(3) Asimismo, se hace referencia a la posibilidad de regular la concentración de la materia seca (DM) en el depósito de fermentación, en función del concepto de fermentación aplicado.

(4) También existe la posibilidad de corregir el pH en el depósito de fermentación,... [Seguir leyendo]

1. Método para fermentar sustancias orgánicas que contienen nitrógeno y/o fósforo, caracterizado por el hecho de que al menos una parte de las sustancias se separa en una fracción líquida y una fracción sólida usando centrifugación, tras lo cual la fracción líquida se purifica biológicamente mediante nitrificación y desnitrificación, de modo que, durante la purificación biológica, se forman líquido y lodo purificados biológicamente, y de modo que al menos una parte del líquido purificado se fermenta conjuntamente con la fracción sólida de las sustancias centrifugadas y conjuntamente con las sustancias no centrifugadas.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el líquido y el lodo purificados biológicamente mencionados anteriormente se extraen de la purificación biológica desde un compartimento (21A21B) de precipitación.

3. Método según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el líquido y el lodo purificados biológicamente que son conducidos a la unidad de fermentación tienen una temperatura superior a 35ºC.

4. Método según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que durante la fermentación se forma un digestato, siendo sometida al menos una parte del mismo a la etapa funcional de purificación biológica.

5. Método según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que al menos una parte del digestato se separa en una fracción líquida y una fracción sólida, tras lo cual la fracción líquida es sometida a la etapa funcional de purificación biológica.

6. Método según la reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que la fracción sólida se seca mediante secado por condensación, de modo que se usa calor externo para el secado procedente de los gases de refrigeración y/o escape de un motor (12) que funciona con biogás creado durante la fermentación.

7. Método según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el líquido purificado biológicamente se concentra mediante evaporación.

8. Método según la reivindicación 1 o 7, caracterizado por el hecho de que el líquido purificado biológicamente se concentra evaporándolo.

9. Método según la reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que una parte del líquido no evaporado es conducida del evaporador (23) al depósito (1) de fermentación.

10. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el biogás formado durante la fermentación se usa para generar energía.

11. Método según la reivindicación 10 y 1, 7 o 8, caracterizado por el hecho de que cuando el biogás se quema, se forman gases de escape, y por el hecho de que estos gases de escape entran en contacto con el líquido purificado biológicamente o con el líquido purificado biológicamente concentrado mencionado anteriormente.