1 Aprovechamiento energético de residuos urbanos „La codigestión como potencializador de la producción energética: Experiencia alemana “ K. Nelting M.Sc., NeTra Consult Dr.-Ing. N. Trautmann, NeTra Consult 24.06.2016 Mexico

2 Co-digestión en PTARS 2 Ejemplo para 1,0 Mio equivalentes de populación (EP) ProcesoVolumen de tratamiento Massa de lodo a ser despachada Demanda de energía Estabilización simultanea 100.000 m 3 7.000 kg ST/d35 Mio kWh/a Externa aeróbica60.000 m 3 7.000 kg ST/d35 Mio kWh/a Externa anaeróbica50.000 m 3 4.500 kg ST/d12 Mio kWh/a Externa anaeróbica + co-fermentación 50.000 m 3 4.500 kg ST/d + x kg/d Exceso de energía? Reducción de odores Reducción de volumen (Ƞ STV >= 50%) Producción de energía  Digestión anaeróbica de lodos de PTARS (substrato básico) conjunta con residuos orgánicos municipales e industriales (Co-Substrato) en digestores.

3 PTAR Hannover 3 Cantidad de lodo en 2014: lodo activado = 7.180 kg STV/d Q = 145 m³/d Lodo primario = 13.518 kg STV/d Q = 357 m³/d Grasas Q = 16,5 m³/d  2 a 3 veces mas contenido energetico! DIGESTOR PTAR Hannover: 500.000 EP V = 10.000 m³ t ST = approx. 21,5 d T = 37°C Lodo activado Grasas

4 28% del biogas proviene del Co-Substrato Co-Substrato ( 98% grasa) Lodo primario Lodo activado Biogas PTAR Hannover

5 Medición Simulacion 5 CH 4 [m³/d] Dosificación de co-substratos Tiempo [d] PTAR Hannover  Modelación posibilita predicción de efectos a corto plazo:  prevenir sobrecarga, definir intervalos de dosificación, etc  No reemplaza la predicción de efectos a largo plazo:  limitacion de biomassa debido a escaséz de micronutrientes, etc  Tests en escala laboratorio/piloto imprescindibles o acompañamiento en la operación por expertos a medio plazo

6 PTAR Rheda-Wiedenbrück 6 Aguas residuales municipales Aprox. 76.000 PE Co-Fermentación Tönnies matadero industrial (capacidad 30.000 cerdos por día) Aprox. 650.000 PE Lodo de exceso Lodo de Flotación Lodo primario Lodo de exceso

7 Influente de matadero  4.000 m 3 /d  60 t DQO/d  3,6 t N/d Eficiencia de flotación  DQO 85 – 90 %  N 60 – 70 % 7 CHP 2,8 MW el. instalados Digestores 5.000 m³ + 6.500 m³ Total PTAR consumo 1,2 MW el. PTAR Rheda-Wiedenbrück Flotación de grasas Nitrogeno!!!

8 Carga de Nitrogeno en PTARS  Cargas altas de nitrogeno en líquidos de lodo después de centrifugar, etc. normalmente: 600 – 800 mg NH 4 -N/l con co-digestión hasta: 3.500 mg NH 4 -N/l Influente ca. 100 % Effluente ca. 20% Incorpración en biomasa ca. 35% Atmosfera ca. 65% Lodo activado NH 4, NO 3, org. N NH 4, org. N N2N2 org. N Filtrado de lodo ca. 20 % Digestor Lodo desaguado ca. 15 % org. N NH 4 Co-digestión hasta 50 % [Beier et al. 2008]

9 Factores economicos 9 GastosBenefícios Costos de inverción  Construcción  Máquinas  Electrónica Acondicionamiento de biogas Costos de operación  Mantenimiento  Energía (bombeo+calefacción)  Personal Amortisación de inverción Impuestos Compra de substratos Colección y pre-tratamiento de Co- subtratos Ahorro de adquisición de energía Indeminización para alimentación de redes  Eléctrica  Gas  Energía térmica  Aire presurizado Ganancias con fomentos públicos (impuestos o tarifas energéticas)  La decisión sobre la rentabilidad de digestores tiene que ser evaluada en cada caso particular

10 10 [DWA 2015] 25.000 L tequila de algave ilegalmente importado  100.000 mg DQO/L (40 % Alcohol)  20.000 kWh  0,8 kWh/L tequila [email protected]

11  Beier, M., Sander, M, Schneider, Y. and Rosenwinkel, K.-H. (2008a). Energieeffiziente Stickstoffelimination - aktueller Verfahrensüberblick zur Nitritation / Deammonifikation und Auswirkungen auf den Energiebedarf von Kläranlagen (Energy-efficient nitrogen elimination - overview on processes for nitritation/deammonification and effects on the energy demand of WWTPs). KA Abwasser Abfall 55(6), 671-678.  LfU (2007): Biogashandbuch Bayern – Materialband, Bayerisches Landesamt für Umwelt (rsg.), Augsburg  DWA (2010): Merkblatt DWA M-363 Herkunft Aufbereitung und Verwertung von Biogas. Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V.  Rosenwinkel, K.-H.; Kroiss, H., Dichtl, N., Seyfried, C.-F., Weiland, P. (2015): Anaerobtechnik (3. Auflage). Springer Verlag  DWA (2016): Themenband, Bemessung von Kläranlagen in warmen und kalten Klimazonen (www.expoval.de). Deutsche Vereinigung für Wasserwirtschaft, Abwasser und Abfall e. V. 11

12 Siloxanos (SiO x ) 12  Siloxanos provienen en el caso de residuos municipales por ejémplo de cosméticos y desodorantes  Siloxanos son substancias liquidas, volátiles  Al ser quemados producen residuos de Silicio (SiO 2, etc.) que producen incrustaciones  Pequeñas cantidades pueden llevar a:  una reducción de eficiéncia de motores entre 10-20%  duplicar la frequencia de cambio de aceites  Reducir eficiencia térmica a largo plazo  destrucción  Medidas para reducir Siloxanos  Condensar 4°C  = 50 %  Condensar -30 °C  > 95 % (pocas referencias en escala plena)  Lavado por ejemplo con Polyethylenoxid (Genosorb)  > 95 %  Absorcion de carbono activado  > 95 % - secar gas!!!  tecnología mas común

13 Hidrogeno de sulfuro (H 2 S)  Concentraciones altas de 700 – 5.000 ppm con ciertos substratos (grasa, etc.)  Causa de corrosíon!  destrucción de CHP!  Concentraciones aceptables < XXX ppm Medidas para desulfurisacion: 13 MedidaVentajasDesventajas Carbono Activado-CAPEX bajo -Concentraciones sulfúricos bajas (< 50 ppm) - OPEX alto Bio-Desulfurisación (en Biogas) -OPEX bajo -Concentraciones sulfúricos bajas (< 150 ppm) - CAPEX alto - Technoligia „sofisticada“ Bio-Desulfurisación (en digestor) „Microaeration“ -OPEX bajo -Operación fácil --Concentracion sulfúrico (< 200 ppm) - CAPEX bajo Ferrochlorido-CAPEX bajo -Operación fácil -OPEX alto

14 Diseño de digestores en PTARS  Parámetros de diseño para digestores calefaccionados:  Lodo municipal pre-desaguado sin influencia industrial  Temperatura 35 a 37 °C  Pre-calefacción de lodos, mescla y frequencia de input definida  Incremento de retención con temperaturas desendentes 14 Populacion conectadaTiempo de retencion de solidos Carga organica volumetrica [inhabitantes][d][kg STV/(m³ ∙d] < 50.000202,0 50.000-100.00015-202,0-3,5 > 100.000153,5-5,0 [Rosenwinkel et al. 2015] Temperatura[°C]20-2425-2930-3435-40 Tiempo de retención[d]42-7027-5021-3716-28 [DWA 2016]

15 Características de substratos 15 SubstratoBiogas[Nm³/(kg ∙ STV)Metano [%] Carbohydratos 1) 0,8350 Proteínas 1) 0,7271 Grasas 1) 1,4370 Lodo PTAR 2) 0,35-0,45- Agua residual industrial 2) 0,19-0,33 (Nm³/kg DQO)- Plantas de biogas agrícolas (Gülle) 2) 0,2-0,4- Plantas de biogas energéticas (Maissilage) 2) 0,2-0,4- Residuos municipales (Residuo orgánico) 2) 0,3- Vertederos municipales (basura) 2) 0,15-0,25 (Nm³/kg basura)- Orujo de cerveza 3) 0,42-0,8555 Glicerina 3) 1,28-1,6862-67 Grasas flotadas 3) 0,9-1,250-59 1)DWA 2010 (DWA M-363); 2) Rosenwinkel et al. 2015; 3) LfU 2007  Alto contenido orgánico  Cantidad y composición constante  Tamaño de partículas (pequeño )  Buenas características de bombeo - Solidos totales < 10- (15) %