Procedimiento de digestión anaerobia en fases de temperatura de los residuos sólidos urbanos.

La invención consiste en un procedimiento para la degradación anaeróbica en fases de temperatura (secuencial termofílico-mesofílico) de la FORSU a través del cual se consigue incrementar la estabilidad del proceso y la capacidad de tratamiento del residuo orgánico por día, presentando una mayor eficiencia en la producción de biogás referida a cantidad de materia orgánica alimentada al sistema o consumida por el mismo.

Consiste en someter el residuo a un pretratamiento termofílico durante un tiempo determinado para conseguir una alta hidrólisis y solubilización del residuo orgánico de manera eficaz. La segunda etapa del proceso consiste en someter el residuo prehidrolizado durante la fase termofílica a degradación mesofílica, de forma que la materia solubilizada se consuma durante esta segunda fase.

PROCEDIMIENTO DE DIGESTIÓN ANAEROBIA EN FASES DE TEMPERATURA DE LOS RESIDUOS SÓLIDOS URBANOS.

SECTOR DE LA TÉCNICA.

La presente invención se encuadra en el sector técnico de procesos de tratamiento de residuos sólidos urbanos, concretamente en el relativo a tratamientos biológicos de residuos sólidos orgánicos mediante la tecnología de digestión anaerobia o biometanización.

ESTADO DE LA TÉCNICA.

El incremento en la producción de Residuos Sólidos Urbanos (RSU) durante los últimos años requiere la adopción de medidas de gestión eficaces con el fin de 15 minimizar su impacto sobre el medio ambiente. En este sentido, el Plan Nacional Integrado de Residuos para el periodo 2008-2015 (pNIR 2008-2015) , aprobado por el Consejo de Ministros el 26 de febrero de 2009, tiene como finalidad promover una política adecuada en la gestión de los residuos, disminuyendo su generación e impulsando un correcto tratamiento de los mismos: prevención, reutilización, reciclaje, 20 valorización y eliminación. Asimismo persigue la implicación de todas las Administraciones públicas, consumidores y usuarios, con objeto de que asuman sus respectivas cuotas de responsabilidad, impulsando la creación de infraestructuras que garanticen este correcto tratamiento y gestión de los residuos en los lugares más próximos a su generación. Además, incorpora la Estrategia de Reducción de Vertido de Residuos Biodegradables con el fin de disminuir su impacto sobre el entorno. En este sentido se plantea la oportunidad de tratamiento de los residuos municipales biodegradables, debido al elevado porcentaje de materia orgánica que presentan mediante las técnicas biológicas, entre las que se encuentra la digestión anaerobia o biometanización.

La biometanización es una tecnología para el tratamiento de residuos orgánicos que posibilita la valorización energética ya que, como resultado del proceso global se obtiene un biogás con alto contenido en metano. Adicionalmente, el proceso anaerobio genera un residuo estabilizado biológicamente, con buenas características como mejorador del suelo y que puede ser utilizado con ftnes agrícolas.

El proceso de digestión anaerobia de la materia orgánica permite considerar hasta cuatro etapas sucesivas (Gujer y cols., (1983) Conversion processes in anaerobic digestión. Water Science and Technology, 15 (8-9) , 127-67; Breure, (1986) Hydrolir y s and acidogenesis firmentation ofprotein and carbof?ydrates in anaerobic waste water treatments. Off setduikkerij.

Kanters B. v., Alblasserdam.) :

• Hidrólisis: es el primer paso necesatlo para la degradación anaerobia de substratos orgánicos complejos, ya que la materia orgánica no puede ser utilizada directamente por los microorganismos a menos que se hidrolice en compuestos solubles, que puedan atravesar la membrana celular. La hidrólisis de estas partículas orgánicas es llevada a cabo por enzimas extracelulares excretadas por las bacterias fermentativas.

• Acidogénesis: las moléculas orgánicas solubles son fermentadas por vatlos

microorganismos formando compuestos que pueden ser utilizados

directamente por las bacterias metanogénicas (acético, fórmico, hidrógeno) y otros compuestos orgánicos muy reducidos (láctico, etanol, propiónico, butírico) .

• Acetogénesis: los compuestos orgánicos reducidos, formados en la anterior etapa, tienen que ser oxidados por las bacterias acetogénicas a sustratos que puedan ser utilizados por las archaeas metanogénicas.

• Metanogénesis: las archaeas metanogénicas son las responsables de la formación de metano a partir de substratos monocarbonados o con dos átomos de carbono unidos por un enlace covalente, dando nombre al proceso general de biometanización. Los organismos metanogénicos se clasiftcan dentro del dominio Archaea, y morfológicamente, pueden ser bacilos cortos y largos. Todas 30 las archaeas metanogénicas que intervienen en el proceso poseen varias coenzimas especiales, siendo la coenzima M, la que participa en el paso fmal de la formación de metano.

La temperatura es una variable fundamental en el proceso de biometanización. Clásicamente se han utilizado procesos monoetapa en rango mesofílico (30-3 TC) Y

procesos termofílicos (50-57°C) , presentando cada uno de ellos ventajas e inconvenientes. Recientemente, con el objetivo de aunar las ventajas de ambos rangos de operación, se ha comenzado a utilizar, especialmente para el tratamiento de lodos de EDAR, la Digestión Anaerobia en Fases de Temperatura (DAFT) .

La invención que se detalla en este documento se centra en la aplicación del 10 proceso en fases de temperatura aplicada a la tecnología de biometanización de la FORSU industrial, sin que suponga la separación de etapas microbiológicas.

Actualmente se han desarrollado estudios sobre el proceso en fases de temperatura con distintos compuestos orgánicos, pero no hay estudios previos sobre dicha tecnología con este residuo debido a la dificultad en su manejo. Las principales variables de operación en este proceso son el tiempo de degradación en termofílico y la velocidad de carga orgánica alimentada al sistema.

Hasta el momento los sistemas de biometanización de residuos orgánicos con alto contenido en sólidos se han desarrollado en una sola fases de temperatura, normalmente en rango mesofílico (25-40°C) y ocasionalmente en rango termofílico (45°C-60°C) . Algunos autores (Cecchi y cols. Cecchi F., Pavan P., Mata-Álvarez J, Bassetti A., Cozzolino C. (1991) Anaerobic digestion rif municipal solid waste: thermophilic vs. mesophilic performance at high solids. Waste Management and Research 9, 305-315; ShuGuang y cols; Shu-Guang Lu, Tsuyoshi Imai, Masao Ukita And Masahiko Sekine. (2007) . Start-up performances rif dr y anaerobic mesophilic and thermophilic digestions rif organic solid wastes. Joumal of Environmental Sciences Volume 19, Issue 4, 416-420 y Hedge y Pullammanappallil, (2007) Comparison rifthermophilic and mesophilic one-stage, batch, high-solids anaerobic digestion. Environmental Technology, 28 (4) , 361-369) , entre otros han dedicado estudios a comparar las ventajas de un rango frente a otro.

Los sistemas en fases de temperatura desarrollados hasta ahora trataban residuos que presentan bajo contenido en sólidos (3-10%) , denominados de degradación húmeda, como suero de leche o lodos activos de EDAR. Los trabajos desarrollados con estos residuos demuestran que la fase termofílica no sólo acelera la etapa limitante de la digestión anaerobia, sino que también consigue la esterilización del residuo de organismos patógenos (Aitken MD, Sobsey MD, Van Abel NA, Blauth KE, Singleton DR, Crunk PL, Nichols C, Walters GW, Schneider M. (2007) . Inactivation if Eschen·chia coli 0157: H7 during thermophilic anaerobic digestion if manure from dair y cattle. Water Research 41 (8) : 1659 ; Viau y Peccia, (2009) SUt7Jf!Y if wastewater indicators and human pathogen genomes in biosolids produced lr y class A and class B stabilization treatments. Applied and Environmental Microbiology 75 (1) , 164-174; Riau y cols., (2009) ; Riau y cols., (2010) , lo que posibilita el uso posterior del efluente del proceso como aplicación agronómica.

Asimismo el sistema en fases de temperatura también puede mejorar la deshidratación del lodo (Bivins y Novak, (2001) . Changes in dewateringproperties between the thermophilic and mesophilic stages in temperature-phased anaerobic digestion {Ystems. Water Environment Research 73 (4) , 444-449; Zhou y Mavinic, (2003) Pollution reduction at wastewater treatmentfacilities through thermophilic sludge digestion. Water Science & Technology Vol 48 No 3 pp 57-63.) .

También existen publicaciones en las que las fases de temperatura suponen una separación de etapas microbiológicas, de forma que se opera en termofílico en el reactor hidrolitico-acidogénico y en mesofílico en el reactor metanogénico (Schmit K. H., Ellis T. G. (2001) . "Comparison of temperature-phased and two-phase anaerobic co-digestion of primar y sludge and municipal solid waste". Water Environment

Research 73 (3) , 314-321) . Existen también procesos en los que se propone la digestión anaerobia de lodos activos de EDAR en reactores termofílicos acidogénicos y el paso del efluente a reactores mesofílicos metanogénicos (Demirer, G., Othman, M. (2008)

Two-Phase Thermophilic Acidification and Mesophilic Methanogenesis Anaerobic Digestion if Waste-Activated Sludge. Environmental Engineering...

1) Procedimiento para la degradación de la Fracción Orgánica de Residuos Sólidos Urbanos en reactores tipo tanque agitado caracterizado porque transcurre 5 régimen semicontinuo, en dos fases de temperaturas diferenciadas:

- Una primera fase de pretratamiento en régimen termofílico. -Una segunda fase de tratamiento en régimen mesofílico, del residuo prehidrolizado y solubilizado procedente del pretratamiento anterior.

2) Procedimiento para la degradación de la Fracción Orgánica de Residuos Sólidos Urbanos según reivindicación 1, caracterizado porque todas las etapas microbiológicas ocurren tanto en régimen termofílico como en mesofílico, sin separación de fases microbiológicas.

3) Procedimiento para la degradación de la Fracción Orgánica de Residuos Sólidos Urbanos según reivindicación 1 y 2, caracterizado porque el proceso se lleva a cabo sin que se produzca codigestión con ningún otro tipo de residuo.

4) Procedimiento para la degradación de la Fracción Orgánica de Residuos Sólidos 20 Urbanos según reivindicación 3, caracterizado porque se lleva a cabo sin que se produczca codigestión con lodos de depuradora.

5) Procedimiento para la degradación de la Fracción orgánica de Residuos sólidos Urbanos según reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el contenido en 25 sólidos de los residuos está comprendido entre e.

2. 30 %.