PROCEDIMIENTO PARA LA DISMINUCIÓN DE LA CONCENTRACIÓN DE DIÓXIDO DE CARBONO EN BIOGAS.

Procedimiento para la disminución de la concentración de dióxido de carbono en biogás.

Procedimiento para la producción anaeróbica de metano, en un digestor anaeróbico caracterizado porque entre un 5 y un 30 % en volumen del biogás producido es burbujeado al efluente del digestor que comprende al menos las siguientes etapas: derivación de parte del biogás producido desde el lugar de almacenamiento del mismo o desde la salida del digestor; almacenamiento del afluente al digestor en un depósito de capacidad igual al caudal de alimentación diario al digestor en el caso de alimentación intermitente o a un volumen para una capacidad determinada por un tiempo de residencia preferiblemente entre 1-3 horas; burbujeo del biogás en el seno del afluente del digestor mediante un distribuidor, preferiblemente hasta que el pH es inferior a 7,5; y captación del biogás burbujeado y su reintegro a la corriente principal de biogás después de reducir la concentración de H2S.

Procedimiento para la disminución de la concentración de dióxido de carbono en biogás.

La presente invención se refiere a un proceso para la disminución del dióxido de carbono del biogás y mejorar la eficiencia de la digestión anaerobia. Por lo tanto la invención pertenece al sector de la técnica de procesos de depuración/regeneración de aguas residuales, producción de energía renovable y disminución de gases de efecto invernadero.

Estado de la técnica anterior

Existe muy poca información acerca de la utilización del dióxido de carbono en la digestión anaerobia.

El 30-40% del biogás que se produce durante la digestión anaerobia esta constituido por dióxido de carbono. Además cerca del 30% del metano se basa en la acción de bacterias autotróficas anaerobias estrictas que transforman el dióxido de carbono y el hidrógeno en metano.

El protocolo de Kyoto ha establecido que las emisiones de gases de efecto invernadero deben reducirse a partir de 2008 en un 6%. Se ha establecido un sistema de comercialización par alas emisiones de dióxido de carbono que sitúan el precio de la tonelada de dióxido de carbono en 11-19 e (Greefield and Batstone, 2005) . Teniendo en cuenta la importancia que para la digestión anaerobia tiene el dióxido de carbono, se han sugerido diversas aplicaciones para el mismo.

Ghafari et al., 2009 estudiaron la utilización del dióxido de carbono y el bicarbonato durante la aclimatación de bacterias desnitrificantes autohidrogenotróficas y el hidrógeno como donador de electrones. La naturaleza pHreductora del dióxido de hidrógeno, mostró un impacto desfavorable en la velocidad de desnitrificación sin embargo el bicarbonato favoreció el proceso dándole una mayor capacidad buffer, lográndose un pH entre 7, 0-8, 2. Lei et al, 2007 utilizaron el dióxido de carbono presente en el biogás para disminuir del pH del efluente de digestión anaerobia cuyo pH fue elevado a 11 para lograr el despojamiento del amoniaco. La aplicación del biogás al efluente a pH alrededor de 11 disminuyó en 43 minutos el pH a 7, lográndose un aumento de la concentración de metano en el biogás de 60% a 74%. Kim et al., 2006 estudiaron el burbujeo de dióxido de carbono en la producción continua de hidrógeno. Los mejores resultados se obtuvieron a un flujo de dióxido de carbono de 300 ml/min. Gangagni-Rao et al., 2007 estudiaron la aplicación del biogás para la acidificación de residual de cervecería antes de la digestión anaerobia en un reactor de flujo ascendente y manto de lodos. Los autores argumentan las ventajas económicas de la utilización del biogás como agente acidificante del residual de cervecería. En la WO2008002538 A2 se describe un procedimiento para el burbujeo del dióxido de carbono procedente de máquinas de combustión de hidrocarburos para incrementar la producción de biogás y reducir las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera.

Descripción de la invención En vista del estado de la técnica considerado, es un objeto de la presente invención proporcionar un procedimiento para la producción de biogás que reduce entre un 10-20% las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera. Además, el proceso de la invención permite aumentar la producción de metano en un 9-15%, siendo la eficiencia del 10-15% superior a los del estado de la técnica. Al aumentar la eficiencia y la remoción de materia orgánica, preferiblemente el proceso está asociado a una mejora en la calidad del medio ambiente y en reducción del impacto medio ambiental de los desechos industriales de biogás.

Por consiguiente, un primer aspecto de la presente invención es un procedimiento para la producción anaeróbica de metano, en un digestor anaeróbico caracterizado porque entre un 5 y un 30% en volumen del biogás producido es burbujeado al afluente del digestor que comprende al menos las siguientes etapas:

a) Derivación de parte del biogás producido desde el lugar de almacenamiento del mismo o desde la salida del digestor;

b) Almacenamiento del afluente al digestor en un depósito de capacidad igual al caudal de alimentación diario al digestor en el caso de alimentación intermitente o a un volumen para una capacidad determinada por un tiempo de residencia hidráulico preferiblemente entre 1-3 horas;

c) Burbujeo del biogás en el seno del afluente del digestor mediante un distribuidor, preferiblemente hasta que el pH es inferior a 7, 5;

d) Captación del biogás burbujeado y su reintegro a la corriente principal de biogás después de reducir la concentración de H2S.

El burbujeo del biogás a la alimentación del digestor provoca una disminución considerable de la concentración de H2S en la misma, con lo cual se ha aumentado la eficiencia del proceso. Normalmente la invención conlleva una reducción de la producción de H2S entre 5-10% en el proceso de digestión anaerobia.

Como consecuencia del pretratamiento efectuado la eficiencia del proceso se puede llegar a incrementar en 4-10% en DQO; en 8-12% en sólidos totales y en 9-13% en sólidos volátiles. En cuanto a la producción de gas metano, se producen incrementos en oscilan del orden de 9-10%.

En una realización preferente el volumen de biogás derivado en la etapa (a) está entre el 10% y el 30%. Más preferiblemente entre el 20 y el 30% del biogás producido en el digestor anaerobio, es utilizado para burbujearse al afluente del digestor que se encuentra confinado en un depósito herméticamente cerrado que contiene un volumen equivalente al volumen de un día alimentado. El biogás puede ser bombeado a razón de 1-3 Vol. Biogás/Vol. de Afluente por hora durante un periodo de 1-3 horas durante el cual el pH desciende normalmente a un valor cercanoa7 (ver Figura 1) . El burbujeo se puede efectuar mediante un distribuidor sumergido en el seno del afluente al digestor.

El biogás después del burbujeo puede contener una concentración de CO2 entre 10-20% más baja y una concentración de H2S tres veces superior, es decir desde 200-300 ppm a 500-600 ppm. Este se reintegra al depósito de almacenamiento de biogás después de que el H2S sea removido mediante el procedimiento establecido. El biogás utilizado en el burbujeo puede ser extraído directamente del digestor o desde el depósito empleado para almacenamiento del biogás.

Preferiblemente en el procedimiento el volumen del almacenamiento del afluente del digestor en la etapa (b) está determinado por el tiempo de retención hidráulico del proceso, dado por la relación entre el volumen del digestor y el tiempo de retención hidráulico: V/TRH, donde V es el volumen útil del digestor y TRH es el tiempo de retención hidráulico en días.

En la etapa (c) preferiblemente se burbujea entre 1 y 3 volúmenes de biogás/volumen de afluente por hora durante un período inferior a 3 horas. Más preferiblemente se burbujea el biogás necesario hasta que el pH es inferior a 7, 5, preferiblemente entre 6, 7 y 7, 1. Una vez que el pH del afluente haya descendido al valor deseado se alimenta al digestor ese afluente según el tiempo de retención hidráulico seleccionado.

En la etapa (d) se puede captar el biogás mediante un tanque de afluente o tanque de burbujeo el cual está conectado a un sistema para la reducción y/o eliminación de H2S presente en el gas.

Aunque el proceso se puede utilizar para la descomposición anaeróbicamente de cualquier biomasa en general, preferiblemente esta biomasa son aguas residuales y/o residuos con pH entre 7-8, como son los residuos de las lecherías.

Preferiblemente en el procedimiento de la invención la digestión anaerobia se realiza en forma de doble fase, donde la primera es una fase acidogénica y la segunda es una fase metanogénica.

Una realización particular de la presente invención esta basada en la utilización de parte del biogás producido en el proceso de digestión anaerobia de residuos de lechería previamente tamizados. El licor ya tamizado a un pH entre 7, 5-8, 0 es sometido a burbujeo de biogás durante un período de tiempo entre 1-3 horas con lo cual se logra una disminución del pH hasta valores cercanos a 7. Este burbujeo se efectúa mediante una bomba que distribuye el biogás en el seno del licor tamizado mediante un difusor, a razón de 1-3 V de Biogás/V de licor hora. El biogás que sale del proceso se incorpora nuevamente a la corriente principal de biogás en dirección a un equipo donde se elimina el sulfuro de hidrógeno y posteriormente es almacenado para su uso. El biogás requerido para el burbujeo de la alimentación del digestor se puede extraer directamente del digestor o de donde se almacena el biogás. Una bomba o compresor, se encarga de suministrar el biogás necesario ara reducir el pH del... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para la producción anaeróbica de metano, en un digestor anaeróbico caracterizado porque entre un5yun30% en volumen del biogás producido es burbujeado al efluente del digestor que comprende al menos las siguientes etapas:

a) Derivación de parte del biogás producido desde el lugar de almacenamiento del mismo o desde la salida del digestor;

b) Almacenamiento del afluente al digestor en un depósito de capacidad igual al caudal de alimentación diario al digestor en el caso de alimentación intermitente o a un volumen para una capacidad determinada por un tiempo de residencia preferiblemente entre 1-3 horas;

c) Burbujeo del biogás en el seno del afluente del digestor mediante un distribuidor, preferiblemente hasta que el pH es inferior a 7, 5;

d) Captación del biogás burbujeado y su reintegro a la corriente principal de biogás después de reducir la concentración de H2S.

2. El procedimiento según la reivindicación anterior caracterizado porque el volumen de biogás derivado en la etapa (a) está entre el 10% y el 30%.

3. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el volumen del almacenamiento del afluente del digestor en la etapa (b) está determinado por el tiempo de retención hidráulica del proceso.

4. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la etapa (c) se burbujea entre 1-3 volúmenes de biogás/volumen de afluente por hora durante un período inferior a 3 horas.

5. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en la etapa (c) se burbujea biogás hasta que el pH es inferior a 7, 5, preferiblemente entre 6, 7 y 7, 1.

6. El procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado porque en la etapa (d) se capta el biogás mediante un tanque de afluente o tanque de burbujeo el cual está conectado a un sistema para la reducción y/o eliminación de H2S presente en el gas.

7. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la biomasa que se descompone a anaeróbicamente son aguas residuales y/o residuos con pH entre 7-8.

8. El procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque es un proceso de digestión de doble fase donde la primera es una fase acidogénica y la segunda es una fase metanogénica.