APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DE LODOS DE PLANTA DEPURADORA

X° Congreso Internacional RedBioLAC

Foz de Iguazú, 20 y 21 de septiembre de 2018

APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO DE LODOS DE PLANTA DEPURADORA

1

Laboratorio de Bioenergía – cTAE - Facultad de Ingeniería (FIO) –UNCPBA

2

Universidad de Córdoba, España

Aristarán Luisina

, Córdoba Verónica

, Hungría Javier

, Santalla Estela

Población 111.000 hab

Capacidad 750m

/h

65% de la población

Sistemas de Cloacas

• Tratamiento de los efluentes

domiciliarios

Plantas Depuradoras de Aguas Residuales

• Elevada carga orgánica

• Impacto ambiental

• Emisión de GEIs

• Proliferación de vectores

Generación de Lodos

Digestión Anaeróbica

Generación de Energía Eléctrica

Proceso Biológico

Recurso

• Disposición en sitios controlados,

• Compostaje,

• Secado-incineración,

• Digestión anaeróbica (DA)

• La aplicación en tierra

• Reciclaje de materiales de construcción

Revalorización de los lodos

Reducción de materia orgánica

1 al 2% del agua es convertida en barros

Gestión de los lodos 50% de los costos

operativos

• Establecer las características físico-químicas de los lodos

• Determinar su potencial de producción de biometano (BMP)

• Identificar su cinética de degradación anaeróbica

• Establecer el potencial de producción de energía eléctrica para el autoabastecimiento de la planta depuradora

O ^BJETIVOS

Evaluación del proceso anaeróbico

Biogás y su composición (CH₄, CO₂, P, T) PBM_CNPT

Reducción del contenido en materia orgánica R_MO%

Condiciones del Ensayo BMP

Volumen del bioreactor

1000mL Temperatura

35°C Concentración de inóculo 10g SV/L

Inóculo/sustrato A (2/1) y B(1/1)

Inóculo, sustrato y su caracterización fisicoquímica

Sustrato: Lodos provenientes de los sedimentadores Inóculo: Lodos Estabilizados

Potencial de Biometano (PBM)

Potencial para producir CH₄ en condiciones

anaeróbicas de un sustrato Evaluación de la factibilidad técnica de proyectos de bioenergía

Parámetro I S

ST [g L

] 43,03 ± 1,26 41,83 ± 7,98

SV [g L

] 19,73 ± 1,04 24,93 ± 4,34

SST [g L

] 40,70 ± 1,50 -

SSV [g L

] 19,27 ± 1,53 -

pH 7,60 ± 0.03 6,58 ± 0.02

Alcalinidad [mg CaCO

L

] 3.133 ± 60 1.288 ± 8 N

[mg NH

L

] 245 ± 26 156 ± 6

DQO [mg L

] 41.829 ± 2.754 38.966 ± 6.973

7 < pH < 8,5

N

< 2500 mg L

Alcalinidad > 3000 mg CaCO

L

Criterios a cumplir por el inóculo

C ARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA DEL SUSTRATO Y DEL INÓCULO

0 50 100 150 200 250 300 350 400

A (2/1) B (1/1)

Producción de gas [mL gSV-1]

Tratamiento

Biogas PBM

A (2/1) B (1/1)

PBM

mL CH_4,CNPT g SV^-1 201 ± 10 212 ± 15

% R_MO 46,18 ± 1,31 46,52 ± 0,84

Criterio de aceptación Valor experimental

RSD Blanco

<5% 0

RSD Control positivo

<5% 4,83%

RSD A (2/1)

<10% 4,77%

RSD B (1/1)

<10% 7,00%

PBM control positivo (NL CH₄ kg SV^-1 )

352 < BMP

< 414 348,8 ± 16,84

Criterios de aceptación del ensayo PBM

P RODUCCIÓN DE B IOGÁS Y M ETANO

0 50 100 150 200 250

0 100 200 300 400 500 600 700 800

PBM [mL CH4g SV-1]

Tiempo [h]

A (2/1) B (1/1)

Gompertz A (2/1) Gompertz B (1/1)

P RODUCCIÓN DE DIARIA DE METANO Y A JUSTE DE LA ECUACIÓN DE G ^OMPERTZ

Parámetro P

mL _CH4 g SV^-1

R

mL _CH4 g SV ^-1h^-1

λ h

R²

% A (2/1) 189,19 ± 5,46^a 0,8110 ± 0,082^a 51,24 ± 11,83 98,94 B (1/1) 200,94 ± 4,95^a 0,9635 ± 0,087^a 82,18 ± 8,69 99,28

Etapa Hidrolítica à Determinante de la velocidad M(t) = P∗exp −exp R

P ∗ λ−t ∗e1 +1

ECUACIÓN DE

G

P producción potencial máxima CH₄ [mL g SV^-1]

R velocidad máxima de producción CH₄ [mL g SV^-1 hs^-1] λ tiempo de retardo [h]

C ÁLCULO DEL POTENCIAL DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA

% promedio de reemplazo de la energía consumida

63,5%

Generación de energía eléctrica

207.000 kWh año

Producción de metano

V

= 99.500m

año

Planta de tratamiento de efluentes domésticos Población

111.000 hab

Lodos 22.500 t/año

212 CHPBM_{4 CNPT} g SV^-1

EE = V_$%& ∗ η₎ ∗ ρ_$%& ∗ PCI_$%& ∗ η_. ∗ f₎₀₁

EE: potencial de generación de energía eléctrica [kWh año^-1] V_CH4: volumen anual de metano generado

η₎: eficiencia de captura de biogás (85%)

ρ_$%&: densidad del metano (0,656 kg m^-3)

PCI_$%&: poder calorífico inferior del metano (11.900 kcal kg^-1)

η_.: eficiencia en la conversión de energía térmica a eléctrica (30%) f₎₀₁: factor de capacidad, disponibilidad total del sistema (90%)

V_$%& = PBM ∗ SV ∗ G

PBM: potencial de biometano [L CH_{4 CNPT}kg SV^-1]

SV: concentración en sólidos volátiles de los lodos [kg SV kg SV^-1 lodo]

G: generación anual de lodos [kg año^-1].

C

49,2%

70,4%

62,5%

80,1%

63,5%

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

2013 2014 2015 2016 2017

Energía Eléctrica [MWh/año]

Año

Consumo de electricidad

Potencial de electricidad a proveer por lodos

63,5% de reemplazo del consumo de EE

R EDUCCIÓN DE EMISIONES DE METANO

99.500m

CH

año

207.000 kWh año

1165tCO

e (emisiones de CH

)

101 tCO

e*

(Reemplazo de EE)

1265 tCO

e año

*FE red electrica 2015: 0,487 tCO₂/MWh (Ministerio de Energía y Minería).

Emisiones de GEIs ARD (2014) Buenos Aires à 1020,2 GCO2e

Se determinó el PBM de los lodos en forma local

212 mL CH _{4 CNPT} g SV ^-1

Reducción de materia orgánica de 46,3%

Se estableció una

capacidad de producción de electricidad para autoconsumo (63,5%).

Reducción de emisiones de GEIs 1265 tCO ₂ e, 011% de lo generado en

Pcia de Bs AS

C ONCLUSIONES

Gracias por su atención

Verónica Córdoba

Laboratorio de Bioenergía – cTAE - Facultad de Ingeniería (FIO) –UNCPBA

[email protected]

Olavarría, Buenos Aires, Argentina