domingo, 3 de mayo de 2015

Gestión, minimización y valorización energética de lodos de EDAR


Proyecto GMVEL.

El proceso de depuración de aguas residuales urbanas consiste en tratamientos físico-químicos (combinación de técnicas) destinados a retirar del caudal de agua la fracción contaminante, principalmente formada por una alta concentración de materia orgánica.

De este proceso resultan dos efluentes principales, el agua depurada, eliminada por vertido directo a

cauces próximos o al mar y el fango que, tras su fermentación anaerobia y deshidratación, produce un lodo con un contenido de humedad entre el 60 y 80%. Estos admiten varios tratamientos: compostaje y posterior empleo como fertilizante, eliminación en vertedero controlado y valorización energética.

En cualquiera de estos casos el paso previo será su deshidratación, o sea, la separación de las fracciones sólida y líquida, de tal modo que aumente la concentración del fango disminuyendo su volumen.


Los lodos activos, o fangos, constituyen un residuo generado en el tratamiento de aguas residuales de procedencia urbana o industrial.

Hasta la fecha, las vías principales de eliminación y/o gestión de lodos han sido las siguientes: aplicaciones en tierras de cultivo, deposición controlada en vertederos, incineración y vertido al mar. La aplicación en tierras de cultivo (agricultura) es una alternativa problemática debido a la acumulación de metales pesados y fosfatos (Unión Europea, 1991). Por otro lado, la deposición controlada es la vía de gestión menos sostenible y debe considerarse como la opción última a aplicar.

Las vías alternativas de tratamiento comprenden procesos termoquímicos de índole diversa. Estos procesos transforman la materia orgánica de los lodos. De este modo, se consigue una reducción muy importante del volumen de residuo (se reduce a la materia inorgánica presente) además de la posibilidad de generar combustibles almacenables.


Muchas plantas de tratamiento de aguas residuales tienen que lidiar con el flujo de desechos de lodos digeridos. Estos fangos son deshidratados habitualmente por medio de un de una centrifuga o de un filtro de banda. Después de la deshidratación, los lodos tienen un contenido característico de sólidos secos de aprox. 20 a 25%, que es muy adecuado para el tratamiento térmico en un secadero. El núcleo de la instalación consiste en el movimiento del lodo durante su secado. Para el calentamiento se suele usar aceite térmico o vapor saturado de 180º a 250ºC fluyen continuamente como agente calefactor a través de paredes o directamente sobre el material a secar. A medida que el lodo es alimentado. Uno de los aspectos básicos es  la superficie de contacto con el producto y circulación de lodos, con el resultado de altas tasas de evaporación por metro cuadrado dentro de la máquina.

La figura 1 representa la propuesta de un modelo de gestión de estos lodos vía valorización energética mediante la tecnología de gasificación. Mediante este modelo se consigue un proceso de gestión energéticamente sostenible, dado que, parte de la energía térmica generada puede ser usada para la operación de secado.




Etapa gasificación de lodos.

La gasificación es un proceso termoquímico en el que un sustrato carbonoso (carbónbiomasaplástico) es transformado en un gas combustible mediante una serie de reacciones que ocurren en presencia de un agente gasificante (aire, oxígeno, vapor de agua o hidrógeno).

La composición del gas es muy dependiente de las condiciones en las que se realiza la gasificación pero suelen ser ricos en monóxido de carbono y/o hidrógeno, con contenidos menores de dióxido de carbonometano y otros hidrocarburos.2 El sustrato carbonoso de origen y el agente gasificante son los parámetros que determinan el mayor o menor contenido en energía (poder calorífico) del gas.

Históricamente la gasificación ha sido llevada a cabo con aire, proceso que produce un gas pobre con poder calorífico muy bajo. Tal es el caso del gasógeno, dispositivo instalado en el vehículo para producir gas a partir de carbón y que fue muy utilizado en España tras la Guerra Civil Española por las dificultades de abastecerse de petróleo en el mercado mundial. La energía del gas de gasificación aumenta al utilizar otros agentes gasificantes, siendo el poder calorífico ascendente en el siguiente orden de agentes gasificantes: oxígeno, vapor de agua e hidrógeno.

1.    Con oxígeno (O2): Se forma CO
2.    Con aire: Se forma CO + N2
3.    Con oxígeno (O2) y agua (H2O): Se forma CO + H2
4.    Con aire y agua (H2O): Se forma CO + H2 + N2 (simultánea)
5.   Con aire y agua (H2O): Se forma CO + N2 y, separadamente CO + H2 (sucesiva)
6.    A presión y con catalizadores: Se forma CH4.

El aprovechamiento energético de este gas de gasificación puede realizarse por combustión en calderas o en sistemas de co-combustión indirecta, introduciéndolo en una turbina de gas, un motor de combustión interna o en una pila de combustible.

Este gas previamente acondicionado/limpio es enviado a motores a gas para la generación de electricidad para el autoconsumo del proceso y su venta a la red.

En general en el proceso de gasificación existen varias etapas más o menos diferenciadas según el tipo de reactor. Estas etapas son:

a).- Secado.  b).- Pirólisis. c).- Combustión. d).- Gasificación.

La figura 2 muestra las etapas del proceso de gasificación.





La tecnología se compone de las etapas o plantas fundamentales:

  • Acondicionamiento, almacenamiento y transporte del material dentro de planta
  • La gasificación del material en un reactor de lecho fluidizado a presión atmosférica.
  • El acondicionamiento/limpieza del gas producto, para su futura utilización como combustible para la generación de electricidad.
  • Tratamiento de los efluentes del proceso.
  • Unidad de generación/cogeneración.
  • Plantas auxiliares. 
La figura 3 muestra la estructura de una planta de gasificación a escala de planta piloto que sirve para la realización ensayos previos para cada tipo de material a gasificar. Esta planta funciona bajo el principio de lecho fluidizado. Este tipo de tecnología es la que mejor coeficientes de masa y de calor presenta dado el grado de agitación que se alcanza en el lecho de partículas a gasificar.



Para mayor información.

Energy & Waste
Telf. 930019877.
 e-mail. jreina@ewtech-ing.com
www.ewtech-ing.com

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