SISTEMA DE DEPURACIÓN SIMULTÁNEA DE BIOGÁS Y EFLUENTES RESIDUALES INDUSTRIALES MEDIANTE MICROALGAS Y BACTERIAS.
Sistema de depuración simultánea de biogás y efluentes residuales industriales,
incluidos los digestatos generados en las plantas de biogás, mediante la utilización conjunta de microalgas y bacterias que comprende un fotobiorreactor (2) que comprende en su interior un cultivo de microalgas y bacterias oxidadoras de H2S, y una columna de purificación de biogás (3) conectada al fotobiorreactor (2) que comprende una entrada de biogás (11), una entrada de caldo de cultivo procedente del fotobiorreactor (9), una salida de caldo de cultivo tratado (14) y una salida de gas depurado (12) de calidad similar a la del gas natural (biometano), configurada para la difusión del biogás desde su parte inferior en co-corriente con el caldo de cultivo que se recircula desde el fotobiorreactor (2) y una salida para el efluente depurado (13) que puede ser reutilizado.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201131671.
Solicitante: BIOGÁS FUEL CELL, S.A.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: DOMINGUEZ PADILLA,ANTONIO, BAHR,Melanie, MUÑOZ TORRE,Raúl, DÍAZ PRADO,Marcos, DÍAZ MENÉNDEZ,José Ignacio.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- B01D53/46 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL. › B01D SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda B03B, B03D, mesas o cribas neumáticas B03B, por vía seca B07; separación magnética o electrostática de materiales sólidos a partir de materiales sólidos o de fluidos, separación mediante campos eléctricos de alta tensión B03C; aparatos centrifugadores B04B; aparato de vórtice B04C; prensas en sí para exprimir los líquidos de las sustancias que los contienen B30B 9/02). › B01D 53/00 Separación de gases o de vapores; Recuperación de vapores de disolventes volátiles en los gases; Depuración química o biólogica de gases residuales, p. ej. gases de escape de los motores de combustión, humos, vapores, gases de combustión o aerosoles (recuperación de disolventes volátiles por condensación B01D 5/00; sublimación B01D 7/00; colectores refrigerados, deflectores refrigerados B01D 8/00; separación de gases difícilmente condensables o del aire por licuefacción F25J 3/00). › Eliminación de componentes de estructura definida.
- B01D53/84 B01D 53/00 […] › Procedimientos biológicos.
- C02F3/32 QUIMICA; METALURGIA. › C02 TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA O FANGOS. › C02F TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA O FANGOS (procedimientos para transformar las sustancias químicas nocivas en inocuas o menos perjudiciales, efectuando un cambio químico en las sustancias A62D 3/00; separación, tanques de sedimentación o dispositivos de filtro B01D; disposiciones relativas a las instalaciones para el tratamiento del agua, agua residual o de alcantarilla en los buques, p. ej. para producir agua dulce, B63J; adición al agua de sustancias para impedir la corrosión C23F; tratamiento de líquidos contaminados por radiactividad G21F 9/04). › C02F 3/00 Tratamiento biológico del agua, agua residual o de alcantarilla. › caracterizado por los animales o vegetales utilizados, p. ej. algas.
- C02F3/34 C02F 3/00 […] › caracterizado por los microorganismos utilizados.
- C10L3/10 C […] › C10 INDUSTRIAS DEL PETROLEO, GAS O COQUE; GAS DE SINTESIS QUE CONTIENE MONOXIDO DE CARBONO; COMBUSTIBLES; LUBRICANTES; TURBA. › C10L COMBUSTIBLES NO PREVISTOS EN OTROS LUGARES; GAS NATURAL; GAS NATURAL DE SINTESIS OBTENIDO POR PROCEDIMIENTOS NO PREVISTOS EN LAS SUBCLASES C10G O C10K; GAS DE PETROLEO LICUADO; USO DE ADITIVOS PARA COMBUSTIBLES O FUEGOS; GENERADORES DE FUEGO. › C10L 3/00 Combustibles gaseosos; Gas natural; Gas natural de síntesis obtenido por procedimientos no previstos en las subclases C10G, C10K; Gas de petróleo licuado. › Postratamiento de gas natural o de gas natural de síntesis.
- C12M1/00 C […] › C12 BIOQUIMICA; CERVEZA; BEBIDAS ALCOHOLICAS; VINO; VINAGRE; MICROBIOLOGIA; ENZIMOLOGIA; TECNICAS DE MUTACION O DE GENETICA. › C12M EQUIPOS PARA ENZIMOLOGIA O MICROBIOLOGIA (instalaciones para la fermentación de estiércoles A01C 3/02; conservación de partes vivas de cuerpos humanos o animales A01N 1/02; aparatos de cervecería C12C; equipos para la fermentación del vino C12G; aparatos para preparar el vinagre C12J 1/10). › Equipos para enzimología o microbiología.
- C12N1/12 C12 […] › C12N MICROORGANISMOS O ENZIMAS; COMPOSICIONES QUE LOS CONTIENEN; PROPAGACION, CULTIVO O CONSERVACION DE MICROORGANISMOS; TECNICAS DE MUTACION O DE INGENIERIA GENETICA; MEDIOS DE CULTIVO (medios para ensayos microbiológicos C12Q 1/00). › C12N 1/00 Microorganismos, p.ej. protozoos; Composiciones que los contienen (preparaciones de uso médico que contienen material de protozoos, bacterias o virus A61K 35/66, de algas A61K 36/02, de hongos A61K 36/06; preparación de composiciones de uso médico que contienen antígenos o anticuerpos bacterianos, p. ej. vacunas bacterianas, A61K 39/00 ); Procesos de cultivo o conservación de microorganismos, o de composiciones que los contienen; Procesos de preparación o aislamiento de una composición que contiene un microorganismo; Sus medios de cultivo. › Algas unicelulares; Sus medios de cultivo (como novedades vegetales A01H 13/00).
- C12N1/20 C12N 1/00 […] › Bacterias; Sus medios de cultivo.
Fragmento de la descripción:
Sistema de depuración simultánea de biogás y efluentes residuales industriales mediante microalgas y bacterias.
Campo de la invención
La presente invención se engloba dentro del campo de los sistemas de purificación de biogás y efluentes industriales, y más en concreto, en purificación del biogás y efluentes procedente de las plantas de digestión anaerobia de residuos agroalimentarios.
Antecedentes de la invención
La eliminación de los contaminantes del biogás tales como el CO2 o el H2S, así como la valorización del digestato generado, supone un reto importante a la hora de desarrollar nuevas utilizaciones del biogás, tales como su uso vehicular o la inyección en la red de gas natural y del propio digestato tales como efluente para riego, fertilizante, etc ... Actualmente los procesos de limpieza del biogás están basados en procesos físico-químicos que consumen grandes cantidades de agua, reactivos químicos y energía con el consiguiente impacto medioambiental. Además, el alto coste de estas tecnologías hace que este tipo de procesos sólo sean aplicables a gran escala, dejando un vacío importante para las pequeñas plantas de digestión anaerobia.
Sería por lo tanto deseable el desarrollo de tecnologías de bajo coste que permitiesen dar valor añadido al biogás. En los últimos años se han realizado algunos estudios encaminados a la reducción de contaminantes del biogás utilizando microalgas. Esta tecnología presenta un coste reducido y utiliza subproductos generados en muchos procesos industriales, incluidos los propios digestatos producidos en las plantas de biogás o las aguas residuales. Las algas aprovecharían el CO2 transferido desde el biogás y junto con la luz solar y los nutrientes aportados por diferentes efluentes residuales industriales realizarían el proceso fotosintético con su consiguiente crecimiento. Además, la liberación de oxígeno producida en el proceso fotosintético se utilizaría en el propio fotobiorreactor para la oxidación de la materia orgánica residual presente en el efluente residual industrial, así como de otros contaminantes del biogás (como H2S).
No obstante, los sistemas desarrollados hasta ahora son en una única etapa, de manera que el proceso de absorción del CO2, H2S y otros contaminantes del biogás se realiza dentro del fotobiorreactor, y plantean el problema de que su efectividad no es elevada y de que el oxígeno generado en el fotobiorreactor puede no ser consumido por los microorganismos presentes y transferirse al biogás depurado restringiendo sus posteriores usos.
El uso de fotobiorreactores cerrados tubulares en espiral dan lugar a un pobre control sobre la absorción de CO2 y sobre la fluidodinámica del biogás en el reactor tubular en espiral (tanto horizontal como vertical), que puede originar problemas durante el escalado de estos sistemas. En fotobiorreactores a gran escala es necesario introducir unidades de desgasificación para eliminar las altas concentraciones de oxígeno fotosintético acumulado en el medio de cultivo (que pueden llegar a inhibir el crecimiento algal) lo que puede generar la contaminación del biogás con oxígeno o aire. Además la rápida oxidación del H2S en el interior del fotobiorreactor es posible que origine un biofilm de bacterias en el interior del tubo, lo que dificultaría el paso de luz a las microalgas (Mann et al. "Biogas-conditioning with microalgae" Agronomy research. Vol. 7, issue 1, pages 33-38. March 2009).
Conde JL et al. "Biogas purification process using intensive microalgae cultures". Biotechnology letters Vol. 15, issue3, pages 317-320. Mar 1993, divulga un sistema en el que el biogás se introduce en el fotobiorreactor mediante un sistema biolift, con un pobre control sobre la transferencia de CO2 del biogás al medio de cultivo algal limitado a la altura del fotobiorreactor, y sobre la captura posterior total del biogás.
En la publicación de, Mandeno, G.; Craggs, R.; Tanner, C.; Sukias, J.; Webster-Brown, J. "Potential biogas scrubbing using a high rate pond", Water Science & Technology, 51, 253-256, (2005), el biogás se burbujea dentro de un fotobiorreactor abierto en contracorriente con el caldo de cultivo, lo que conlleva una peor transferencia debido a la coalescencia de las burbujas y una pérdida en la eficiencia de captura del biogás tratado. Además los parámetros de diseño y operación para mejorar la transferencia de CO2 están unidos a la operación del fotobiorreactor.
Descripción de la invención
La invención se refiere a un sistema de depuración simultánea de biogás y efluentes residuales industriales, incluidos los digestatos de las propias plantas de biogás mediante microalgas y un consorcio de bacterias aerobias que comprende un fotobiorreactor que comprende en su interior un medio de cultivo de microalgas y bacterias, y una columna de purificación de biogás conectada al fotobiorreactor que comprende una entrada de biogas, una entrada de caldo de cultivo del fotobiorreactor, una salida de caldo de cultivo tratado y una salida de biogás depurado configurada para la difusión del biogás desde su parte inferior en co-corriente con el caldo de cultivo que se recircula desde el fotobiorreactor.
En el fotobiorreactor tienen lugar los procesos de:
El sistema comprende un sistema de bombeo de efluente residual industrial al fotobiorreactor con el objeto de suministrar los nutrientes y el agua necesaria para el crecimiento de microorganismos (tanto microalgas asimiladoras de CO2 como bacterias oxidadoras de H2S). Este sistema de bombeo puede permitir trabajar tanto con medios sintéticos como con efluentes residuales industriales.
La columna de purificación de biogás está basada en la difusión del biogás desde su parte inferior en co-corriente con el caldo de cultivo que se recircula desde el fotobiorreactor. En esta columna se realiza una transferencia del CO2 y H2S presentes en el biogás al medio de cultivo del fotobiorreactor con la consiguiente reducción de la concentración de estos compuestos en el biogás. El caldo de cultivo se bombea desde el fotobiorreactor y entra por la parte inferior de la columna de donde sale, también por la parte superior cargado con el CO2 y H2S para posteriormente pasar de nuevo al fotobiorreactor. En esta columna se dan por tanto la eliminación de CO2 y H2S del biogás de entrada por transferencia al caldo de cultivo (recirculante) del fotobiorreactor y la del oxígeno presente en el caldo de cultivo por su uso en la oxidación parcial del H2S mediante el consorcio de bacterias, lo que genera un gas depurado rico en metano y libre de oxígeno. Por la parte superior de la columna sale este gas de tal forma que la pérdida de carga del gas en la línea de salida sea menor que la perdida de carga que tendría el biogás tratado si saliese por la línea de evacuación del medio de cultivo que se recircula al fotobiorreactor.
- Un sistema de separación de las microalgas del caldo de cultivo, que abandona el fotobiorreactor en estado estacionario, que recupera las microalgas para su posterior valorización (como materia prima para la producción de biocombustibles- biogas, biodiesel, bioetanol- o como fertilizante) y producir un efluente industrial depurado y libre de nutrientes para su descarga a cauces naturales.
...
Reivindicaciones:
1. Sistema de depuración simultánea de biogás y efluentes residuales industriales incluidos los digestatos procedentes de plantas de biogás, mediante microalgas y bacterias, caracterizado por comprender:
2. Sistema de depuración del biogás según reivindicación 1 caracterizado por que comprende un sistema de bombeo de agua residual (1) al fotobiorreactor (2).
3. Sistema de depuración del biogás según reivindicación 1 caracterizado por que el fotobiorreactor (2) comprende
4. Sistema de depuración del biogás según reivindicación 1 caracterizado por que comprende un sistema de separación de biomasa (7) conectado a la salida del efluente industrial (6) del fotobiorreactor (2).
5. Sistema de depuración del biogás según reivindicación 4 caracterizado por que el sistema de separación de masa (7) es un decantador secundario.
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