REACTOR DE COMPOSTAJE A ESCALA PILOTO, SISTEMA QUE COMPRENDE AL MENOS UN REACTOR DE COMPOSTAJE A ESCALA PILOTO Y PROCEDIMIENTO DE OPTIMIZACIÓN DEL PROCESO DE COMPOSTAJE.

Reactor de compostaje a escala piloto, sistema que comprende al menos un reactor de compostaje a escala piloto y procedimiento de optimización del compostaje.

La presente invención se refiere a un reactor de compostaje a escala piloto que permite simular el proceso que tiene lugar en las plantas industriales, hallando el valor óptimo de todas las variables que influyen en el proceso de compostaje, tanto las relacionadas directamente con el desarrollo de la reacción de degradación biológica de la materia prima orgánica y el crecimiento de los microorganismos encargados de llevar a cabo dicha reacción, como las condiciones físicas que limitan la velocidad de la reacción, puesto que evitan la correcta difusión de los reactivos o los productos y de esa manera provocan heterogeneidad en el seno de la masa reaccionante, todo ello para llevar a cabo una optimización del proceso de compostaje a nivel industrial en centros de tratamiento de residuos.

Reactor de compostaje a escala piloto, sistema que comprende al menos un reactor de compostaje a escala piloto y procedimiento de optimización del proceso de compostaje

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un reactor de compostaje a escala piloto que permite simular el proceso que tiene lugar en las plantas industriales, de manera que se puede obtener mediante el procedimiento adecuado la optimización de las variables que afectan al proceso, con el consiguiente beneficio industrial tanto por el ahorro energético, temporal y el aumento en la calidad del producto final.

El objeto de la invención consiste en un reactor de compostaje a escala piloto que permite hallar el valor óptimo de todas las variables que influyen en el proceso de compostaje, tanto las directamente relacionadas con el desarrollo de la reacción de degradación biológica de la materia prima orgánica y el crecimiento de los microorganismos encargados de llevar a cabo dicha reacción, como las condiciones físicas que limitan de alguna manera la velocidad de la reacción, puesto que evitan la correcta difusión de los reactivos o los productos y de esa manera provocan heterogeneidad en el seno de la masa reaccionante. El fin último es llevar a cabo una optimización del proceso de compostaje a nivel industrial en los Centros de Tratamiento de Residuos.

Asimismo es otro objeto de la invención, un sistema de reactores que comprende al menos un reactor de compostaje a escala piloto que permite estudiar la influencia de cada una de las variables que condicionan el proceso de compostaje y observar su influencia sobre la velocidad de degradación de la materia orgánica y la calidad del compost final, mediante un procedimiento de optimización del proceso de compostaje que permite variar únicamente una variable en cada experiencia para poder estudiar cada una de las variables por separado manteniendo el resto constantes e iguales en todo el sistema.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El compostaje es un método muy empleado en los Centros de Tratamiento de Residuos para reciclar la fracción orgánica de los Residuos Sólidos Urbanos (R.S.U.) . Se trata de un proceso de degradación aerobia cuyo objetivo es obtener un producto estable y que pueda ser empleado como fertilizante agrícola. En los últimos años se ha establecido la utilización de este tipo de método de forma habitual, empleándose túneles de compostaje para controlar mejor el proceso y acelerarlo, mediante la optimización de las variables más importantes. Sin embargo, aunque la tecnología está actualmente aplicándose, todavía no se han determinado ni se han optimizado todas las variables que influyen en el proceso ni cómo influyen esos parámetros en la efectividad del proceso y la calidad del compost obtenido. Este tipo de carencias son especialmente evidentes cuando se refieren al efecto de los parámetros físicos, como la formación de canales preferenciales para el paso del aire o los efectos de la compresión de la materia orgánica debidos a su propio peso.

La investigación a escala industrial presenta numerosos inconvenientes, ya que las obligaciones de producción evitan que haya tiempo para poder estudiar el efecto de las distintas variables que intervienen, a la vez que esto supondría un gran desaprovechamiento de la materia prima, al requerirse grandes cantidades de la misma para llevar a cabo las distintas experiencias. Además, la falta de versatilidad de los equipos industriales en los que las únicas variables que se controlan manteniéndose dentro de unos márgenes recomendados son la temperatura, la humedad y la concentración de oxígeno, todas ellas medidas en la atmósfera interior del túnel y no en el seno de los sólidos, y las dificultades que entrañan la consecución de condiciones de trabajo homogéneas y el control de estas condiciones durante el proceso cuando se trabaja con cantidades tan grandes de sustrato, hacen necesaria la creación de sistemas de reactores de menor tamaño que permitan simular el comportamiento de las plantas industriales de manera eficaz y evitando todos estos problemas, de manera que puedan obtenerse resultados extrapolables posteriormente a las plantas mayores.

La gran mayoría de equipos anteriores busca comprender mejor el funcionamiento del proceso de forma ideal, en cuanto a parámetros termodinámicos y biológicos, y eso lleva en ciertas ocasiones a la búsqueda de métodos y modelos que se alejan de lo que ocurre en la realidad industrial, tanto en el comportamiento termodinámico del reactor, en lo referente a las pérdidas energéticas, como en el tipo de sustrato que se emplea, ya que la búsqueda de una mayor reproducibilidad frente a la variabilidad que se sufre en las plantas a gran escala hace que numerosos autores opten por sustituir los R.S.U. por otro tipo de sustratos más homogéneos y con menor dependencia estacional, tales como los excrementos de animales o ciertos tipos de plantas. Esta es la razón que hace que las experiencias llevadas a cabo con R.S.U. sean escasas.

Por otro lado, el estado de la técnica no muestra ningún método totalmente eficaz para simular el comportamiento de las plantas industriales, ya que al hacer el escalado se omiten generalmente ciertos parámetros, fundamentalmente los físicos, como la altura de la columna, la presencia de canales preferenciales para el aire que se introduce o el efecto de la compresión sobre el espacio libre para la circulación del aire, lo que hace que los datos que se obtienen en el laboratorio no puedan ser extrapolables a instalaciones mayores. El principal inconveniente suele ser simular la altura de la columna, ya que la cercanía de las paredes en los reactores de menor tamaño hace que la fuerza de compresión debida al peso no actúe directamente en la materia orgánica, sino que son las paredes las que sostienen el sustrato. Apenas se han creado dispositivos experimentales que permitan solventar este problema y eso se debe, a que el objetivo principal de la mayoría de investigaciones es la elaboración de modelos teóricos que describan la degradación aerobia mediante ecuaciones termodinámicas sin tener en cuenta las perturbaciones debidas a impedimentos físicos o geométricos, que sí que aparecen cuando se trabaja a gran escala.

Alguno de los dispositivos del estado de la técnica capaces de incluir esas perturbaciones tampoco son eficaces, ya que el estudio de ese tipo de perturbaciones complica el diseño y hace que el tamaño del reactor se limite y el suministro de aire sea más difícil de controlar, por lo que no se consiguen condiciones termodinámicas de trabajo extrapolables ya que no se logran alcanzar las temperaturas deseadas debido a que un tamaño de reactor menor supone mayores pérdidas que no se consiguen solventar simplemente con un aislante.

Por otra parte, la formación de canales preferenciales o grietas en el seno del sustrato y los efectos de la cercanía de las paredes del reactor al hacer el escalado nunca se han conseguido evaluar, ya que los diseños empleados hasta el momento nunca han permitido observar el interior de los dispositivos a medida que transcurre el proceso. Algunos dispositivos disponen de mecanismos que intentan evitar los efectos de las paredes, pero en ningún caso se ha conseguido observar si esto se ha conseguido eficazmente. En cambio, los problemas derivados de la estructuración del sustrato a lo largo del proceso nunca se han podido estudiar ya que ni siquiera se ha contemplado como parámetro influyente en el proceso.

El reactor de compostaje a escala piloto de la presente invención permite simular y optimizar el proceso que tiene lugar en las plantas industriales, con el consiguiente beneficio industrial tanto por el ahorro energético, temporal y el aumento en la calidad del producto final.

De igual manera, el solicitante desconoce la existencia de sistemas de reactores de compostaje a escala piloto que permitan simular el comportamiento de la materia orgánica en el interior del reactor y llevar a cabo un estudio simultáneo de todas y cada una de las variables que condicionan el proceso de compostaje de manera individual, incluyendo variables fisicoquímicas y geométricas, que permiten recoger todas las posibles perturbaciones que aparecen a gran escala siendo visibles los efectos.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un reactor de compostaje a escala piloto que permite hallar el valor óptimo de todas las variables que influyen en el proceso de compostaje, tanto las directamente relacionadas con el desarrollo de la reacción de degradación biológica de la materia prima orgánica y el crecimiento de los microorganismos encargados de llevar a cabo dicha reacción, como las condiciones físicas que...

1. Reactor de compostaje a escala piloto de entre los que comprenden un depósito cilíndrico (1) que minimiza las perdidas de calor en el reactor al minimizar la relación superficie externa / volumen del depósito caracterizado porque el depósito cilíndrico (1) comprende un doble tubo transparente formado por un tubo exterior (4) y un tubo interior (2) , donde por el espacio entre el tubo exterior (4) y el tubo interior (2) se hace pasar un fluido transparente (5) que actúa como aislante y por el tubo interior (2) se dispone la materia orgánica (3) a fermentar.

2. Reactor de compostaje a escala piloto según reivindicación 1 caracterizado porque el depósito cilíndrico (1) comprende un anillo superior (6) y otro inferior (7) en los que se introduce, en cada uno de ellos, un anillo de caucho o material similar con el que se consigue la estanqueidad en el cierre entre cada uno de los anillos (6, 7) superior e inferior, y el doble tubo.

3. Reactor de compostaje a escala piloto según reivindicación 2 caracterizado porque comprende una tapa superior (36) que se encuentra apoyada sobre el anillo correspondiente, lo que permite acceder al interior del depósito cilíndrico en las operaciones de carga y descarga sin tener acceso al fluido (5) que se encuentra entre los dos tubos (2, 4) .

4. Reactor de compostaje a escala piloto según reivindicación 3 caracterizado porque el depósito cilíndrico (1) comprende unas barras roscadas (8) accionables sobre los anillos que ejercen una fuerza de comprensión de los mismos sobre los dos tubos (2, 4) , manteniendo de esta manera la estanqueidad en dicho depósito (1) .

5. Reactor de compostaje a escala piloto según reivindicación 1 caracterizado porque comprende unos conductos de entrada (9) y salida (10) del fluido (5) que se unen al depósito cilíndrico (1) mediante unas uniones roscadas que evitan las fugas del fluido (5) por las mismas durante el uso.

6. Reactor de compostaje a escala piloto según reivindicación 1 caracterizado porque comprende un plato perforado (11) inferior dispuesto en el interior del tubo interior (2) del depósito cilíndrico (1) donde se dispone la materia orgánica (3) a fermentar.

7. Reactor de compostaje a escala piloto según reivindicación 6 caracterizado porque el plato perforado (11) inferior comprende un reborde sobre el que se apoya un relleno (13) que permite la adecuada distribución del aire en la parte inferior del tubo interior (2) .

8. Reactor de compostaje a escala piloto según reivindicación 7 caracterizado porque el depósito cilíndrico (1) comprende una rejilla (14) de tela metálica dispuesta sobre el plato perforado (11) que evita que la materia orgánica (3) atasque los orificios del plato perforado (11) y la mezcla de la materia orgánica (3) con el relleno (13) .

9. Reactor de compostaje a escala piloto según reivindicación 1 caracterizado porque comprende un dispositivo de aplicación de peso sobre la materia a compostar que comprende un plato perforado (11) superior dispuesto sobre la materia orgánica (3) y que se conecta a través de un soporte (15) con el exterior del reactor donde se encuentra dispuesta una placa (16) para la colocación de distintas pesas que simulan el sobrepeso de la columna de materia orgánica (3) a compostar.

10. Reactor de compostaje a escala piloto según reivindicación 9 caracterizado porque comprende un dispositivo de agitación que comprende unas aspas acopladas a un eje de giro (18) dispuesto por el interior del soporte (15) para el acoplamiento mediante roscado a la parte superior del soporte (15) de una manivela (19) .

11. Reactor de compostaje a escala piloto según reivindicación 6 caracterizado porque comprende un dispositivo de drenaje de lixiviados dispuesto debajo del plato perforado (11) que comprende una tapa inclinada inferior (20) que permite recoger en un extremo los lixiviados y eliminarlos mediante una toma que da al exterior del depósito (1) .

12. Reactor de compostaje a escala piloto según reivindicación 11 caracterizado porque comprende un dispositivo de aireación que comprende a su vez unos conductos (21) de entrada/salida de aire en la tapa superior (36) e inclinada inferior (20) del reactor para llevar a cabo la aireación forzada de la materia orgánica (3) .

13. Reactor de compostaje a escala piloto según reivindicación 12 caracterizado porque comprende un dispositivo de incorporación de agua o control de humedad que lleva a cabo la saturación del aire que se introduce en un borboteador (27) .

14. Reactor de compostaje a escala piloto según reivindicación 13 caracterizado porque comprende un dispositivo de toma de muestras que comprende al menos un orificio (24) dispuesto en la tapa superior (6) por el que pasa un conducto (15, 25) que va dispuesto desde el exterior del reactor hasta el plato perforado (11) superior y que permite la toma de muestras, la medida de la temperatura, humedad y/o la composición de los gases, debido a que es posible introducir a través de dichos conductos (15, 25) sondas o unas pinzas para la toma de muestras.

15. Sistema que comprende uno o varios de los reactores de compostaje a escala piloto de cualquiera de las reivindicaciones anteriores dispuestos en paralelo o en serie.

16. Sistema según reivindicación 15 caracterizado porque comprende un dispositivo de aireación forzada en al menos uno de los reactores mediante la circulación de aire comprimido (26) en dirección longitudinal y sentidos que cambiarán alternativamente por medio de los conductos de entrada/salida de aire (21) de cada reactor.

17. Sistema según reivindicación 16 caracterizado porque la entrada del aire en sentidos alternativos en cada reactor se lleva a cabo mediante un sistema de llaves (29) que permite situar la entrada de aire y la salida de aire en los conductos de entrada/salida de aire (21) superior o inferior de cada reactor según se desee.

18. Sistema según reivindicación 17 caracterizado porque comprende una tubería única (30) de salida de gases de cada reactor, en la cual se puede colocar un borboteador (27) sobre el que se recoge en una solución de NaOH el CO2 que se genera.

19. Sistema según reivindicación 18 caracterizado porque tras el borboteador (27) se encuentra una llave de tres vías (31) que permite desviar la salida hacia un circuito de toma de muestra de los gases (32) o hacia un circuito de extracción (33) que a la salida se encuentra conectado a un analizador de gases.

20. Sistema según reivindicación 19 caracterizado porque el circuito de toma de muestra de los gases (32) está formado por un sistema de recogida de gases hacia otro circuito de extracción (33) que va hasta un depósito (34) en el hay un septum para la toma de muestra.

21. Sistema según reivindicación 20 caracterizado porque el circuito de toma de muestra de los gases (32) dispone de una entrada de nitrógeno (35) para inertizar antes de cada toma de muestras.

22. Procedimiento de optimización del proceso de compostaje llevado a cabo en el sistema descrito en las reivindicaciones 15 a 21 caracterizado porque se modifica una de las variables que intervienen en el procedimiento manteniendo el resto constantes e iguales en todo el sistema.