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0 DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO DE BIOGS
ISBN:978-99961-50-01-2
ESCUELAESPECIALIZADAENINGENIERAITCAFEPADE
DIRECCINDEINVESTIGACINYPROYECCINSOCIAL
PROGRAMA DE INVESTIGACINAPLICADA
INFORME FINAL DE INVESTIGACIN
DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOSORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO
DE BIOGS
SEDES Y ESCUELAS PARTICIPANTES: CENTRO REGIONAL SANTAANA Y SAN MIGUEL
DOCENTES INVESTIGADORES RESPONSABLES: ING.DANIELANTONIO ZEPEDA GONZLEZ
ING.FREDY ORESTESAMAYA CHICAS
SANTA TECLA,ENERO 2013
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1 DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO DE BIOGS
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ISBN:978-99961-50-01-2
ESCUELAESPECIALIZADAENINGENIERAITCAFEPADE
DIRECCINDEINVESTIGACINYPROYECCINSOCIAL
PROGRAMA DE INVESTIGACINAPLICADA
INFORME FINAL DE INVESTIGACIN
DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOSORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO
DE BIOGS
SEDES Y ESCUELAS PARTICIPANTES: CENTRO REGIONAL SANTAANA Y SAN MIGUEL
DOCENTES INVESTIGADORES RESPONSABLES: ING.DANIELANTONIO ZEPEDA GONZLEZ
ING.FREDY ORESTESAMAYA CHICAS
SANTA TECLA,ENERO 2013
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RectoraLicda. Elsy Escolar SantoDomingo
Vicerrector AcadmicoIng. Jos Armando Oliva Muoz
Vicerrectora Tcnica AdministrativaInga. Frine Violeta Castillo
Direccin de Investigacin y Proyeccin SocialIng. Mario Wilfredo Montes
Ing. David Emmanuel AgredaLic. Ernesto Jos Andrade
Sra. Edith Cardoza
Directores Coordinadores del ProyectoIng. Carlos Alberto Arriola
Lic. Oscar Samuel Morales Gil
AutoresIng. Daniel Antonio Zepeda Gonzlez
Ing. Fredy Orestes Amaya Chicas
FICHA CATALOGRFICAElaborado por el Sistema Bibliotecario ITCA - FEPADE
El Documento Diseo de planta de tratamiento de desechos orgnicos para la generacin y aprovechamiento debiogs, es una publicacin de la Escuela Especializada en Ingeniera ITCA FEPADE. Este informe de investigacinha sido concebido para difundirlo entre la comunidad acadmica y el sector empresarial, como un aporte al desarrollodel pas. El contenido de la investigacin puede ser reproducida parcial o totalmente, previa autorizacin escrita de laEscuela Especializada en Ingeniera ITCAFEPADE. Para referirse al contenido, debe citar la fuente de informacin.El contenido de este documento es responsabilidad de los autores.
Sitio web:www.itca.edu.svCorreo electrnico: [email protected]: 16 ejemplaresPBX: (503) 21327400FAX: (503) 21327423ISBN:978-99961-50-01-2
Ao 2013
628.744Z57 Zepeda Gonzlez, Daniel Antonio
Diseo de planta de tratamiento de desechos orgnicos para la generacin ysv aprovechamiento de biogs / Daniel Antonio Zepeda Gonzlez, Fredy Orestes Amaya Chicas.
-- 1 ed.San Salvador, El Salvador: ITCA Editores, 2013.
47 p.: il. ; 28 cm.ISBN: 978-99961-50-01-2
1. Aprovechamiento de residuos. 2. Productos de residuos como combustibles.3. Basuras y aprovechamiento de basuras. I. Amaya Chicas, Fredy Orestes, coaut.
II. Escuela Especializada en Ingeniera ITCA-FEPADE.
http://www.itca.edu.sv/http://www.itca.edu.sv/7/25/2019 08- Diseo de Planta de Tratamiento de Desechos Orgnicos Para La Generacin y Aprovechamiento De
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NDICE
CONTENIDO PGINA
NDICE ........................................................................................................................ 3
1.INTRODUCCIN.......................................................................................................... 42.PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA................................................................................. 4
2.1DEFINICIN DEL PROBLEMA............................................................................ 4
2.2ANTECEDENTESESTADO DE LA TCNICA...................................................... 5
3.OBJETIVOS................................................................................................................ 7
3.1OBJETIVO GENERAL....................................................................................... 7
3.2OBJETIVOS ESPECFICOS............................................................................... 7
4.HIPTESIS................................................................................................................. 8
5.FUNDAMENTO TERICO.............................................................................................. 8
5.1DESECHOS.................................................................................................... 8
5.2DESECHOS BIODEGRADABLES......................................................................... 9
5.3BIODIGESTION............................................................................................... 9
5.4PROCESO DE BIODIGESTIN........................................................................... 9
5.5BIOGS....................................................................................................... 10
5.6BIODIGESTORES.......................................................................................... 12
5.7TIPOS DE BIODIGESTORES. ........................................................................... 12
5.8POZOS SPTICOS......................................................................................... 12
5.9BIODIGESTOR DE DOMO FIJO (TIPO CHINO)................................................. 13
6.METODOLOGA DE LA INVESTIGACIN......................................................................... 25
7.RESULTADOS YALCANCES........................................................................................ 26
7.1BIODIGESTOR DE LABORATORIO. ................................................................... 26
7.2DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO. ........................................................... 29
8.CONCLUSIONES....................................................................................................... 369.RECOMENDACIONES................................................................................................. 36
10.GLOSARIO............................................................................................................. 37
11.REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS............................................................................... 40
12.ANEXOS................................................................................................................ 41
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4 DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO DE BIOGS
1. INTRODUCCIN
En El Salvador el problema de la basura en los botaderos a cielo abierto, ha sido un tema sin
soluciones cientficas y sostenibles. Para dar respuesta a la necesidad planteada se presenta el
diseo de planta de tratamiento de desechos slidos urbanos, que pueda ser utilizada a nivel
residencial y comercial, y con escalabilidad a nivel industrial para aplicaciones municipales.
La bsqueda de energas alternativas al combustible fsil, necesita imaginacin y tcnica. La
generacin de biogs con biomasa de materia prima se convierte en sustituto de algunos
productos derivados del petrleo y, adems, permite el tratamiento de los desechos slidos
producidos por la poblacin salvadorea en sus actividades domsticas.
El estudio de los diversos tipos de biodigestores que existen en la actualidad y el conocer el fin
principal por el que fueron creados, permite seleccionar el tipo chino como base para el diseo
de la planta de tratamiento de desechos slidos urbanos. Como factor de decisin tambin se
incorporan las caractersticas fsico-qumicas del sustrato de alimentacin, y la tecnologa de
control necesaria para la estabilidad del ambiente del biodigestor.
La marcha inicial de produccin de biogs para este diseo debe realizarse con sustratos ricos
en bacterias metanognicas y gradualmente sustituirlo por mezclas de desechos slidos
urbanos.
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
2.1 DEFINICIN DEL PROBLEMA
Los Residuos Slidos Urbanos se originan en la actividad domstica, comercial e industrial
de ciudades y pueblos, su disposicin final es un reto para las municipalidades.
En las ciudades de El Salvador el problema de la basura es cada da ms difcil de controlar.
Diariamente se generan grandes cantidades de residuos que a pesar del gran esfuerzo de la
mayora de las municipalidades (50.4% no posee servicio de recoleccin1) no es suficiente
para dar una cobertura total a cada ciudad. La frecuencia de recoleccin de la basura es
muy baja, de una a tres veces por semana, por lo que se acumulan los desechos y nunca
se logran erradicar los promontorios de basura diseminados por doquier. Asimismo, el
servicio que prestan los barrenderos municipales es insuficiente debido a que hay muy poco
personal asignado.
1Anlisis Sectorial de Residuos Slidos en El Salvador. Ministerio de Salud Pblica y Asistencia Social. Agosto de 1998.
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5 DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO DE BIOGS
Los gobiernos municipales invierten millones a este rubro y, lo que obtienen es un servicio
intermitente que en el mejor de los casos es tres veces por semana, obligando a conservar
los desechos dos o tres das en los hogares. Este panorama se vuelve ms crtico si el
servicio se interrumpe porque la municipalidad no cuenta con el lugar adecuado paradisposicin final de los desechos o cualquier otra eventualidad, lo cual convierte los das sin
servicio de recoleccin en semanas.
Los desechos que si son recolectados se disponen en rellenos sanitarios o predios baldos;
El Salvador cuenta con 262 municipios y diez rellenos sanitarios, es palpable el
desequilibrio que existe y, se volvi an ms crtico cuando el 9 de septiembre del 2007 por
decreto legislativo2se prohibi botar basura a cielo abierto y las condiciones no eran, y aun
no lo son, adecuadas para procesar la basura y evitar la contaminacin de mantos acuferos
y ros debido a la penetracin de los lixiviados en el subsuelo o tratamiento previo para
descargarlo en quebradas o ros. Esto al final impacta la calidad de vida del salvadoreo
daando flora y fauna.
2.2 ANTECEDENTESESTADO DE LA TCNICA
2 . 2. 1 Ma te r i a de l a bsqu eda
Biodigestor /Biodigester
Planta de tratamiento de desechos orgnicos /waste treatment plant organic2 . 2. 2 H i s t o r i a de l a bsqu eda
Sera de bsqueda (palabras
clave, operadores,
truncaciones)
Clasificacin
Numero de
documentos
encontrados
Documentos
relevantes
encontrados
Base de
datos
accedida
biodigester C02F11/04 2 WO2007147225 (A2) ECLA
wastetreatmentplantorganic 689 ECLA
wastetreatmentplantorganic C02F 5 US2004232088 (A1)
WO0118188 (A2)
GB2356195 (A)
GB1245434 (A)
EP0654448 (A1)
ECLA
2 .2 .3 Es t ado an t e r i o r de la tecn o l og a
Despus de revisar un aproximado de 500 patentes, se desarrolla un proceso deevaluacin de cada una y se determina la relevancia en el proyecto. Lograndodepurar hasta 5 patentes que aportan una solucin tcnica a la problemtica.
2Ley de Medio Ambiente
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2 .2 .4 Cua l e s d o c um en t o s o f r e c e n s o l u c i o n e s a l p r o b l ema
US2004232088A1 (planta);
EP0654448A1 (planta);
GB1245434A (proceso);
US4532892A (triturador control);
US6982035B1 (biodigestor circular)
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7 DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO DE BIOGS
2 .2 .5 Que d e f i c i e n c i a s t i e n e n e s t a s s o l u c i o n e s
La integracin en una sola planta de tratamiento no se encontr en ninguna de las
soluciones tecnolgicas.
El tratamiento de los desechos slidos en El Salvador es un proceso no aceptado por
la poblacin por diversos factores, entre ellos porque no se cuenta con los recursos
econmicos, personal tcnico especializado en el tema y materiales necesarios para
realizar el estudio y buscar las posibles soluciones a este problema.
El diseo de una planta de procesamiento de desechos orgnicos contribuye a
cambiar el paradigma sobre los biodigestor que se conciben como maquinas o
acumuladores de basura.
El procesar los desechos generados en las labores cotidianas de la sociedad
moderna en cada vivienda o en plantas comunales de tratamiento, disminuye el
costo de manejo de desechos slidos.
En nuestro pas no existen proyectos exitosos, estudios o herramientas para determinar la
dimensin del biodigestor para procesar una cantidad requerida de desechos orgnicos de
distinta naturaleza (como los obtenidos en las residencias o mercados municipales) sin
importar la mezcla de entrada al bioreactor.
El tratamiento de basura orgnica en reactores es una solucin prctica y financieramente
viable que puede replicarse en pequea, mediana y gran escala, ayudando al tratamiento y
disposicin final de residuos slidos urbanos y, adems, contribuir a diversificar la matriz
energtica de El Salvador3.
3. OBJETIVOS
3.1 OBJETIVO GENERAL
3.1.1 Desarrollar una solucin tecnolgica para el tratamiento de residuos slidos
urbanos con generacin de biogs.
3.2 OBJETIVOS ESPECFICOS
3.2.1 Realizar investigacin sobre el estado actual de la tcnica, incluyendo patentes y
bibliogrfica sobre el diseo y construccin de biodigestores y plantas de
tratamiento de desechos orgnicos.
3MATRIZ ENERGETICA DE EL SALVADOR, TABLA 1 ANEXOS
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8 DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO DE BIOGS
3.2.2 Disear un biodigestor de laboratorio para el desarrollo de pruebas de
caracterizacin de sustratos.
3.2.3 Disear una planta de tratamiento para conversin de energa utilizando biomasa
residencial y municipal.3.2.4 Integrar en la solucin tecnolgica las etapas de pretratamiento del sustrato.
3.2.5 Documentar la investigacin a travs de un informe escrito que contenga la
informacin desarrollada.
4. HIPTESIS
Considerando la infinidad de combinaciones en los desechos slidos urbanos es posible
disear una planta generadora de biogs que incluya el tratamiento previo de los distintos
sustratos y produzca una mezcla homognea capaz de procesarse por medios anaerbicos.
5. FUNDAMENTO TERICO
5.1 DESECHOS
La basura son todos los materiales y productos no deseados considerados como desechos
y que se necesita eliminar.
El manejo de residuos es el trmino empleado para designar al control humano derecoleccin, tratamiento y eliminacin de los diferentes tipos de residuos. Estas acciones
son a los efectos de reducir el nivel de impacto negativo de los residuos sobre el medio
ambiente y lasociedad.
Normalmente se la coloca en lugares previstos para la recoleccin para ser canalizada a
tiraderos o vertederos, rellenos sanitarios u otro lugar. Actualmente, se usa ese trmino
para denominar aquella fraccin de residuos que no son aprovechables y que por lo tanto
debera ser tratada y dispuesta para evitar problemas sanitarios o ambientales.
La composicin de residuos est estrechamente relacionada al desarrollo humano en la
tecnologa y sociales. La composicin de los diferentes tipos de residuos vara de acuerdo
a las condiciones de tiempo y de lugar. La invencin y el desarrollo de la industria se
relacionan directamente con los distintos tipos de residuos generados o afectados. Ciertos
componentes de los residuos tienen valor econmico y rentable utilizado por el reciclaje.
http://es.wikipedia.org/wiki/Medio_ambientehttp://es.wikipedia.org/wiki/Medio_ambientehttp://es.wikipedia.org/wiki/Sociedadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Vertedero_%28basura%29http://es.wikipedia.org/wiki/Relleno_sanitariohttp://es.wikipedia.org/wiki/Relleno_sanitariohttp://es.wikipedia.org/wiki/Vertedero_%28basura%29http://es.wikipedia.org/wiki/Sociedadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Medio_ambientehttp://es.wikipedia.org/wiki/Medio_ambiente7/25/2019 08- Diseo de Planta de Tratamiento de Desechos Orgnicos Para La Generacin y Aprovechamiento De
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9 DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO DE BIOGS
5.2 DESECHOS BIODEGRADABLES
Los residuos biodegradables, tales como los residuos de alimentos y aguas residuales,
desaparecen de forma natural gracias al oxigeno o al aire libre, a causa de la
descomposicin causada por microorganismos.
Si no se controla la eliminacin de residuos biodegradables, puede causar varios
problemas, entre ellos la liberacin generalizada de gases de efecto invernadero (CH4).
5.3 BIODIGESTIN
Toman su trmino de digestivo o digestin, son mquinas simples que convierten las
materias primas en subproductos aprovechables, en este caso gas metano y abono. El
principio bsico de funcionamiento es el mismo que tienen todos los animales,
descomponer los alimentos en compuestos ms simples para su absorcin mediante
bacterias alojadas en el intestino con condiciones controladas de humedad, temperatura y
niveles de acidez.
Condiciones para la biodigestin
Las condiciones para la obtencin de metano en el digestor son las siguientes:
1. Temperatura entre los 20C y 60C
2. pH (nivel de acidez/ alcalinidad) alrededor de siete.
3. Ausencia de oxgeno.4. Gran nivel de humedad.
5. Materia orgnica
6. Que la materia prima se encuentra en trozo ms pequeos posible.
7. Equilibrio de carbono/ nitrgeno.
5.4 PROCESO DE BIODIGESTIN
Para convertir basura en energa utilizando procesos anaerbicos se requiere de un
biodigestor, una cmara donde se desarrollan bacterias anaerobias -que viven en ausencia
de oxgeno-. Estos microorganismos, al alimentarse de la materia orgnica para poder
subsistir, producen metano (ms conocido como gas natural) y dixido de carbono. El
metano es el mismo que se distribuye en tanques de diferentes capacidades por todas las
ciudades de El Salvador, pero es biolgico, no genera gases de efecto invernadero y es
renovable porque, mientras existan residuos orgnicos siempre se podr obtener biogs.
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10 DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO DE BIOGS
Las bacterias anaerbicas se encuentran en el intestino de los mamferos y se pueden
obtener del estircol de los animales.
5.5 BIOGS
El biogs es un gas combustible que se genera en medios naturales o en dispositivos
especficos, por las reacciones de biodegradacin de la materia orgnica, mediante la
accin de microorganismos (bacterias metanognicas) y otros factores, en un ambiente
anaerbico). Este gas se ha venido llamando gas de los pantanos, puesto que en ellos se
produce una biodegradacin de residuos vegetales semejante a la descrita.
EL BIOGS POR DESCOMPOSICIN ANAERBICA
La produccin de biogs por descomposicin anaerbica es un modo considerado til paratratar residuos biodegradables,puesto que produce un combustible,adems, de generar
un efluente que puede aplicarse como acondicionador de suelo oabono genrico.
El resultado es una mezcla constituida por metano (CH4) en una proporcin que oscila
entre un 40% y un 70%, ydixido de carbono (CO2), conteniendo pequeas proporciones
de otros gases comohidrgeno (H2),nitrgeno (N2),oxgeno (O2) ysulfuro de hidrgeno (
H2S).
Fases.
A continuacin se presenta una breve descripcin de cada una de las fases necesarias
para la produccin de biogs.
1) Fase de hidrlisis
Las bacterias de esta primera etapa toman la materia orgnica virgen con sus largas
cadenas de estructuras carbonadas y las van rompiendo y transformando en cadenas ms
cortas y simples (cidos orgnicos) liberando hidrgeno y dixido de carbono. Este trabajo
es llevado a cabo por un complejo grupo de microorganismos de distinto tipo que son en su
gran mayora anaerobios facultativos.
2) Fase de acidificacin
Esta etapa la llevan a cabo las bacterias acetognicas y realizan la degradacin de los
cidos orgnicos llevndolos al grupo actico CH3-COOH y liberando como productos
Hidrgeno y Dixido de carbono.
http://es.wikipedia.org/wiki/Gashttp://es.wikipedia.org/wiki/Materia_org%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Microorganismohttp://es.wikipedia.org/wiki/Bacteriahttp://es.wikipedia.org/wiki/Anaer%C3%B3bicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Biodegradablehttp://es.wikipedia.org/wiki/Combustiblehttp://es.wikipedia.org/wiki/Abonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metanohttp://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/Nitr%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgenohttp://es.wikipedia.org/wiki/Sulfuro_de_hidr%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/Sulfuro_de_hidr%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgenohttp://es.wikipedia.org/wiki/Nitr%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/Di%C3%B3xido_de_carbonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metanohttp://es.wikipedia.org/wiki/Abonohttp://es.wikipedia.org/wiki/Combustiblehttp://es.wikipedia.org/wiki/Biodegradablehttp://es.wikipedia.org/wiki/Anaer%C3%B3bicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Bacteriahttp://es.wikipedia.org/wiki/Microorganismohttp://es.wikipedia.org/wiki/Materia_org%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Gas7/25/2019 08- Diseo de Planta de Tratamiento de Desechos Orgnicos Para La Generacin y Aprovechamiento De
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11 DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO DE BIOGS
Esta reaccin es exoenergtica pues demanda energa para ser realizada y es posible
gracias a la estrecha relacin simbitica con las bacterias metanognicas que sustraen los
productos finales del medio, minimizando la concentracin de los mismos en la cercana de
las bacterias acetognicas. Esta baja concentracin de productos finales es la que activa la
reaccin y actividad de estas bacterias, haciendo posible la degradacin manteniendo elequilibrio energtico.
3) Fase metanognica
Las bacterias intervinientes en esta etapa pertenecen al grupo de las archibacterias y
poseen caractersticas nicas que las diferencian de todo el resto de las bacterias, razn
por la cual, se cree que pertenecen a uno de los gneros ms primitivos de vida
colonizadoras de la superficie terrestre.
La transformacin final cumplida en esta etapa tiene como principal sustrato el actico
junto a otros cidos orgnicos de cadena corta y los productos finales liberados estn
constituidos por el metano y el dixido de carbono.
El siguiente grfico resume las distintas caractersticas de cada una de las etapas vistas
que, por simplificacin se han agrupado en dos fases (cida que involucra la de hidrlisis y
acidificacin y la metanognica), con los principales compuestos qumicos intervinientes.
Figura # 1, Fases de Produccin de biogs. www.biodisol.com
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12 DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO DE BIOGS
Los microorganismos intervinientes en cada fase tienen propiedades distintas que son muy
importantes y se las debe conocer comprender el equilibrio y funcionamiento ptimo de un
digestor.
Estas caractersticas han sido resumidas en el siguiente cuadro para su mejor
comprensin.
Tabla # 1, Fases de Produccin de biogs
Fase acido gnica(hidrlisis y acidificacin)
Fase metanognica
Bacterias facultativas (pueden vivir enpresencia de bajos contenidos deoxgeno).
Bacterias anaerbicas estrictas (Nopueden vivir en presencia deoxgeno).
Reproduccin muy rpida (alta tasa
reproductiva).
Reproduccin lenta (baja tasa
reproductiva).Poco sensibles a los cambios deacidez y temperatura.
Muy sensibles a los cambios deacidez y temperatura.
Principales metabolitos, cidosorgnicos.
Principales productos finales, metanoy dixido de carbono
Del cuadro anterior se desprende que una alteracin en los parmetros de funcionamiento
incidir negativamente sobre la fase metanognica preponderantemente, lo cual significar
una merma importante en la produccin de gas y una acidificacin del contenido
pudindose llegar al bloqueo total de la fermentacin. De all la importancia del cuidado de
los parmetros que gobiernan el proceso y que se presentan a continuacin en detalle.
5.6 BIODIGESTORES
Identificacin de Alternativas de Tratamiento y Aprovechamiento Disponibles
En el mundo se han diseado un gran nmero de biodigestores, los cuales responden a las
diversas condiciones climticas y socioeconmicas.
Los biodigestores son muy diversos, y pueden ser clasificados por su estructura y por la
frecuencia de cargado.
CLASIFICACIN POR ESTRUCTURA.
5.7 TIPOS DE BIODIGESTORES.
5.8 Pozos spticos
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13 DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO DE BIOGS
Es el ms antiguo y sencillo digestor anaerbico que se conoce, utilizado normalmente
para la disposicin de aguas residuales domsticas. Se cree que de all deriva el uso
potencial de los gases producidos por la fermentacin anaerbica, para el uso domstico.
Para la correcta operacin de estos pozos es requisito indispensable aislar las aguasservidas que caen en l, de las que contienen jabn o detergentes. El efecto de los
jabones y en especial los detergentes, inhibe la accin metablica de las bacterias, razn
por la que los pozos se colmatan con rapidez y dejan de operar, haciendo necesario
destaparlos frecuentemente para recomenzar la operacin.
Cuando no es posible separar las aguas negras de las jabonosas, como en el
alcantarillado urbano, es necesario hacer un tratamiento qumico con Polmetros a esta
agua a fin de solucionar el problema antes de iniciar la fermentacin anaerbica.
5.9Biodigestor de Domo Fijo (Tipo Chino).
Este reactor consiste en una cmara de gas-firme construida de ladrillos, piedra u
hormign. La cima y fondos son hemisfricos y son unidos por lados rectos. La superficie
interior es sellada por muchas capas delgadas de mortero para hacerlo firme. La tubera de
la entrada es recta y extremos nivelados. Hay un tapn de la inspeccin a la cima del
digestor que facilita el limpiado. Se guarda el gas producido durante la digestin bajo el
domo y cambia de sitio algunos de los volmenes del digestor en la cmara del efluente,
con presiones en el domo entre 1 y 1.5 m de agua. Esto crea fuerzas estructurales
bastante altas y es la razn para la cima hemisfrica y el fondo. Se necesitan materiales de
alta calidad y recursos humanos costosos para construir este tipo de biodigestor. Ms de
cinco millones de biodigestores se ha construido en China y ha estado funcionando
correctamente (FAO, 1992) pero, desgraciadamente, la tecnologa no ha sido tan popular
fuera de China.
Esta instalacin tienen como ventaja su elevada vida til (pueden llegar como promedio a
20 aos), siempre que se realice un mantenimiento sistemtico.
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14 DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO DE BIOGS
Esquema del digestor chino:1. tubera de salida del gas2. Sello removible3. Tapa mvil4. Entrada5. Tanque de desplazamiento6. Tubera de salida7. Almacenamiento de gas8. Materia orgnica
Figura # 2, Biodigestor tipo chino, www.cubasolar.cu
Los Chinos se deshicieron de las heces humanas en el rea rural y al mismo tiempo
obtuvieron abono orgnico, con el biodigestor se eliminan los malos olores y al mismo
tiempo se obtiene gas para las cocinas y el alumbrado. El biodigestor chino funciona con
presin variable ya que el objetivo no es producir gas sino el abono orgnico ya procesado.
Figura # 2, Biodigestor tipo chino,www.veengle.com
Biodigestor del domo flotante (Indio):El biodigestor hind fue desarrollado en la India despus de la segunda guerra mundial en
los aos 50, surgi por necesidad ya que los campesinos necesitaban combustible para los
tractores y calefaccin para sus hogares en poca de invierno, luego cuando termin la
guerra se volvi a conseguir combustibles fsiles por lo que dejaron los biodigestores y
volvieron a los hidrocarburos.
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15 DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO DE BIOGS
Este biodigestor consiste en un tambor, originalmente hecho de acero pero despus
reemplazado por fibra de vidrio reforzado en plstico (FRP) para superar el problema de
corrosin. Normalmente se construye la pared del reactor y fondo de ladrillo, aunque a
veces se usa refuerzo en hormign. Se entrampa el gas producido bajo una tapa flotante
que sube y se cae en una gua central. Este digestor trabaja a presin constante del gasdisponible y depende del peso del gas por el rea de la unidad y normalmente vara entre 4
a 8 cm de presin de agua. El reactor se alimenta semi-continuamente a travs de una
tubera de entrada.
Como India es pobre en combustibles se organiz el proyecto KVICK (Kaddi Village
Industri Commision) de donde sali el digestor Hind y el nombre del combustible obtenido
conocido como biogs.
El biodigestor chino fue desarrollado al observar el xito del biodigestor Hind, el gobierno
chino adapt esta tecnologa a sus propias necesidades, ya que el problema en China no
era energtico sino sanitario.
Figura # 2, Biodigestor tipo chino, www.veengle.com
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Biodigestor de Estructura Flexible.
La inversin alta que exiga construir el biodigestor de estructura fija resultaba una limitante
para el bajo ingreso de los pequeos granjeros. Esto motiv a ingenieros en la Provincia de
Taiwn en los aos sesenta (FAO, 1992) a hacer biodigestores de materiales flexibles msbaratos. Inicialmente se usaron nylon y neopreno pero ellos demostraron ser relativamente
costosos. Un desarrollo mayor en los aos setenta era combinar PVC con el residuo de las
refineras de aluminio producto llamado "el barro rojo PVC."
Esto fue reemplazado despus por polietileno menos costoso que es ahora el material ms
comnmente usado en Amrica Latina, Asia y frica. Desde 1986, el Centro para la
Investigacin en Sistemas Sustentables de Produccin Agrcola (CIPAV), ha estado
recomendando biodigestores de plstico econmico como la tecnologa apropiada porhacer mejor uso de excrementos del ganado, reduciendo la presin as en otros recursos
naturales.
Figura # 4, Biodigestor de estructura flexible,
bioreactorcrc.wordpress.com
Figura # 5, Biodigestor de estructura flexible,bioreactorcrc.wordpress.com
Digestor Flotante.
Un rasgo innovador de usar polietileno tubular es que los biodigestores pueden localizarse
para flotar en cualquier superficie de agua, con la mitad sumergida, su boca se localizada
sobre el nivel de agua ms alto, mientras la toma de corriente debe ajustarse a un objeto
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flotante, como un coco seco o un recipiente de plstico. En VietNam ms de 5% de los
biodigestores flotantes se ubican en estanques que facilitan su instalacin, generalmente
donde el espacio de las granjas es limitado.
Figura # 6, Biodigestor de estructura flexible.
Digestor con Tanque de Almacenamiento Tradicional y Cpula de Polietileno.
Otro tipo de planta de produccin de biogs que ha logrado disminuir los costos hasta 30
% con respecto a los prototipos tradicionales, es la que se caracteriza por tener una
estructura semiesfrica de polietileno de pelcula delgada en sustitucin de la campana
mvil y la cpula fija, y un tanque de almacenamiento de piedra y ladrillo como los
empleados en los prototipos tradicionales.
Este tipo de instalacin posee a su favor que resulta ms econmica que los sistemas
tradicionales; por ejemplo, una instalacin de 4 m3puede costar, aproximadamente, $550
USD, y la estructura de polietileno flexible puede llegar a alcanzar hasta diez aos de vida
til.
Figura # 7, Digestor con tanque de almacenamiento tradicional y cpula de polietilen, www.cubasolar.cu
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18 DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO DE BIOGS
Digestor de Alta Velocidad o Flujo Inducido.
Estos son los utilizados comnmente en instalaciones industriales o semi industriales.
Generalmente trabajan a presin constante, por lo que se podran catalogar como
Digestores Tipo Hind Modificado.
Se les conoce de ordinario como CSTD (Conventional Stirred Digestor). Se diferencian de
los digestores convencionales en que se les ha agregado algn tipo de agitacin mecnica,
continua o intermitente, que permite al material an no digerido, entrar en contacto con las
bacterias activas y as obtener buena digestin de la materia orgnica, con tiempos de
retencin hidrulica relativamente cortos, de hasta 15 das.
Este es un concepto nuevo dentro de la tecnologa de fermentacin anaerbica, combina
las ventajas de varios tipos de digestores en una sola unidad, facilitando el manejo yprocesamiento de material biodegradable de diverso origen y calidad.
Generalmente los desechos de origen animal, excrementos de cualquier clase, son
procesados en digestores convencionales de tipo continuo, que peridicamente reciben
carga y entregan por desalojo efluente ya digerido. El tiempo de operacin continua de
estos equipos es bastante largo y requiere un mnimo de atencin al momento de
cargarlos, como es el evitar introducir elementos extraos tales como arena, piedra, metal,
plsticos o cualquier otro tipo de material lento o imposible de digerir. Luego de unoscuatro o cinco aos se debe detener su funcionamiento para hacer una limpieza general y
retirar sedimentos indigeridos.
Buscando un tipo de digestor ideal, se lleg al concepto de digestor de Segunda y Tercera
generacin, siendo los clsicos modelos Hind o Chino, los de la primera.
Este nuevo modelo de digestor retiene la materia de origen vegetal, que normalmente
tiende a flotar, dentro de las zonas de mxima actividad bacteriana como son la inferior y la
de sobrenadante intermedia, para que las bacterias tengan tiempo de atacar, hidrolizar yprocesar efectivamente el material en descomposicin; al mismo tiempo permite que los
gases y el material parcialmente degradado sigan el recorrido del proceso normal dentro
del digestor.
El Digestor de Segunda Generacin divide al convencional en dos cmaras, una de ellas a
un nivel inferior del resto del digestor. Utiliza compartimentos en ferro cemento o
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mampostera, espaciados adecuadamente para retener los materiales y las partculas
slidas grandes, pero permite el paso del gas y los lquidos. A este modelo se puede
adicionar hasta un 25% de carga de origen vegetal sin que se atasque o paralice la
operacin.
El Digestor de Tercera Generacin modifica radicalmente al de tipo Hind tradicional,
aunque sigue los lineamientos de esta escuela. Ha logrado una eficiencia de trabajo en
forma continua que permite cargarlo con toda clase de materiales, hasta un 50 o 60% de
materia de origen vegetal mezclada con excrementos, empleando una sola unidad que
trabaja en forma de digestor continuo.
Figura # 8, digestor de alta velocidad,biodigestoresmjhr.blogspot.com
Ventajas de los Digestores de alta velocidad o flujo inducido
Menor tiempo de operacin
Evita la formacin de una costra de material dentro del digestor
Logra la dispersin de materiales inhibitorios de la accin metablica de las bacterias,
impidiendo concentraciones localizadas de material potencialmente txico para el
sistema
Ayuda a la desintegracin de partculas grandes en otras ms pequeas, que aumentan
el rea de contacto y por lo tanto la velocidad de digestin
Mantiene una temperatura ms uniforme de la biomasa dentro del digestor para una
reaccin y degradacin ms uniformes
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Inhibe el asentamiento de partculas biodegradables de mayor tamao
Permite una ms rpida separacin y el ascenso del gas a medida que se va formando
dentro del digestor
Mejora las condiciones de control y estabilidad de la biomasa dentro del digestor
Precauciones a tener en cuenta con los Digestores de alta velocidad o flujo inducido.
Cuando al digestor convencional de tipo continuo se introducen indiscriminadamente
materiales orgnicos de origen vegetal como pasto u hojas de rbol, sobrantes de
cosechas o basuras biodegradables, que tienden a flotar en el agua por su alto contenido
celulsico, terminan por atascarlo y parar su operacin efectiva en poco tiempo, incluso
das, dependiendo de la cantidad de material suministrado.
Para evitar taponamientos, la materia de origen vegetal se procesa en digestores
convencionales en tandas o carga nica (Batch Digestors) en ciclos de 60 a 80 das, lo quesupone que para el suministro de gas y efluente durante un ao, se debe disponer mnimo
de cuatro unidades con una produccin alternada. Estas soluciones representan un alto
costo y un gran esfuerzo.
INSTALACIONES INDUSTRIALES.
Las instalaciones industriales de produccin de biogs emplean tanques de metal que sirven para
almacenar la materia orgnica y el biogs por separado.
Este tipo de planta, debido al gran volumen de materia orgnica que necesita para garantizar laproduccin de biogs y la cantidad de biofertilizante que se obtiene, se disea con grandes
estanques de recoleccin y almacenamiento construidos de ladrillo hormign.
Con el objetivo de lograr su mejor funcionamiento se usan sistemas de bombeo para mover el
material orgnico de los estanques de recoleccin hacia los biodigestores, y el biofertilizante de los
digestores hacia los tanques de almacenamiento. Tambin se utilizan sistemas de compresin en
los tanques de almacenamiento de biogs con vistas a lograr que ste llegue hasta el ltimo
consumidor.
Para evitar los malos olores se usan filtros que separan el gas sulfhdrico del biogs, adems de
utilizarse vlvulas de corte y seguridad y tuberas para unir todo el sistema y hacerlo funcionar
segn las normas para este tipo de instalacin.
La tendencia mundial en el desarrollo de los biodigestores es lograr disminuir los costos y aumentar
la vida til de estas instalaciones, con el objetivo de llegar a la mayor cantidad de usuarios de esta
tecnologa.
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Figura # 9, Instalaciones Industriales, ecoplanetaverde.com
CLASIFICACIN POR FRECUENCIA DE CARGADO.
De acuerdo a la frecuencia de cargado, los sistemas de biodigestin se pueden clasificar
en:
Batch o discontinuo
Semi continuos
Continuos
Sistema Batch o discontinuo. Este tipo de digestor se carga una sola vez en forma total y
la descarga se efecta una vez que ha dejado de producir gas combustible. Normalmente
consiste en tanques hermticos con una salida de gas conectada a un gasmetro flotante,
donde se almacena el biogs.
Este sistema es aplicable cuando la materia a procesar est disponible en forma
intermitente. En este tipo de sistemas se usa una batera de digestores que se cargan a
diferentes tiempos para que la produccin de biogs sea constante. Este tipo de digestor
es tambin ideal a nivel de laboratorio si se desean evaluar los parmetros del proceso o el
comportamiento de un residuo orgnico o una mezcla de ellas.
La produccin de biogs en este tipo de digestores es de 0,5 a 1,0 m 3biogs/m3digestor.
Semi continuos. Se cargan por gravedad con volmenes de mezcla que dependen del
tiempo de retencin y son alimentados diariamente con una carga relativamente pequea
en comparacin al contenido total. sta se deposita en la cmara de carga, e igualmente
se debe extraer de la cmara de descarga un volumen igual del efluente lquido para as
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mantener el volumen constante. Generalmente producen biogs casi permanentemente,
gracias al suministro constante de nuevos nutrientes para las comunidades de bacterias.
Una limitante importante es la disponibilidad de agua, debido a que la carga debe ser una
mezcla de una parte del material orgnico y cuatro partes de agua (proporcin 1:4).
Continuos. Son digestores de gran tamao en los que se emplean equipos comerciales
para alimentarlos, para la agitacin y control.
Tabla 2. Diferencias y similitudes entre los modelos de biodigestores ms conocidos.Fuente: Elaboracin propia con datos de (ODEPA, 2009).
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BIOMASA
La biomasa es el nombre que se le da a cualquier materia orgnica de origen reciente, que
haya derivado de animales y vegetales como resultado del proceso de conversin
fotosinttica.
La energa de la biomasa deriva del material de vegetal y animal, como lo es la madera debosques, residuos de procesos agrcolas y forestales, as como tambin de la basura
industrial, humana o de animales.
El valor energtico de la biomasa de materia vegetal proviene originalmente de la energa
solar a travs del proceso conocido como fotosntesis.
La energa qumica que se almacena en las plantas y los animales, o en los desechos que
producen, se llama bioenerga.
Las Aplicaciones de la Biomasa pueden ser varias tales como:
Biocombustibles:
La produccin de biocombustibles tales como el etanol y el biodiesel tiene el potencial de
sustituir cantidades significativas de combustibles fsiles en varias aplicaciones de
transporte, siendo la mayora de los productos utilizados en combustible mezcla, por
ejemplo E20 est compuesto por 20% de etanol y 80% de gasolina y se ha descubierto
que es eficaz en la mayora de los motores de inyeccin sin ninguna modificacin.Actualmente la produccin de biocombustibles es apoyada con incentivos del gobierno,
pero en el futuro, con el crecimiento de los sembrados dedicados a la bioenerga, y las
economas de la escala, las reducciones de costos pueden hacer competitivos a los
biocombustibles.
Tabla 3. Produccin y Composicin Terica del Biogs
SUBSTRATOPRODUCCION DE GAS
(L/Kg. de materia seca)
CONTENIDO DE METANO
(CH4) %
CONTENIDO DE
CO2 %
Carbohidratos 800 50 50
Protenas 700 70 30
Grasas 1,200 67 33
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24 DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO DE BIOGS
Tiempo de retencin y Carga diaria
Tabla 4. Rangos de Temperatura y Tiempo de Fermentacin Anaerbica
FERMENTACION MINIMO OPTIMO MAXIMO TIEMPO DE FERMENTACION
Psycrophilica 4-10 C 15-18C 25-30C Arriba de 100 das
Mesophilica 15-20 C 28-33C 35-45C 30-60 dasThermophilica 25-45C 50-60C 75-80C 10-15 das
El proceso global de fermentacin anaerbica para la produccin de biogs (bioproceso)
es tpicamente mesoflico para cualquier biodigestor.
Figura # 10, Comportamiento de gas vs temperatura
TIPO DE RESIDUOS ORGANICOS Y RENDIMIENTO DE BIOGAS POR METRO CBICO
El componente orgnico de la biomasa puede generar las siguientes cantidades de biogs por kg
de masa orgnica.
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25 DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO DE BIOGS
Tabla 5, Volumen de biogs por residuo orgnico utilizado, imagen propia.
TIPOS DE RESIDUOS ORGNICOSVOLUMEN DE BIOGAS
[m3/kgMV]
Desechos agroindustriales agrcolas: cerveceras, fabricantes de
jugos y extractos de frutas, aceites 0,42 - 0,50Residuos de mataderos y procesadoras de pescado 0,34 - 0,71
Residuos verdes de jardinera y agrcolas 0,35 - 0,46
Residuos alimenticios y piensos* 0,32 - 0,80
Residuos orgnicos domsticos* 0,40 - 0,58
Residuos de separadores de grasa (gastronoma, restaurantes) 0,70 - 1,30
Purines agrcolas (estircol de cerdo, de ganado)0,22 - 0,55
Gallinaza (estircol de aves, pollos, patos etc.) 0,65 - 0,70
6. METODOLOGA DE LA INVESTIGACIN
Para el tratamiento de desechos orgnicos para la generacin de biogs, se llevarn a cabo las
siguientes actividades:
Objetivo Metodologa a utilizar Meta ResponsableObjetivo 1:
Realizar investigacinbibliogrfica sobre eldiseo y construccin
Actividad 1: InvestigacinBibliogrfica.
Se realizara investigacinbibliogrfica del estado actual de laciencia sobre plantas de tratamientode desechos orgnicos as como eldiseo y construccin.
Conocer el estadoactual de la
ciencia sobreplantas detratamiento dedesechosorgnicos.
Ing. Daniel Zepeda
Ing. Fredy Amaya
Estudiantesinvestigadores.
Objetivo 2:
Disear un biodigestor
de laboratorio para el
desarrollo de pruebas
de caracterizacin de
sustratos.
Actividad 1: Caracterizacin de losdesechos orgnicos.Se diseara un biodigestor delaboratorio para desarrollar pruebascon distintos sustratos y acelerar elproceso de caracterizacin dedesechos.
Plano debiodigestor delaboratorio yequipamiento decontrol.
Ing. Daniel Zepeda
Ing. Fredy Amaya
Depto. QumicaSede Central
Estudiantes
investigadores.
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26 DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO DE BIOGS
Objetivo3.
Disear una planta detratamiento paraconversin de energautilizando biomasaresidencial y municipal
Actividad 1: Seleccionar el diseoapropiado.Se verificaran los diseos deBiodigestores y se seleccionar elque cumpla con las caractersticasrequeridas.
Actividad 2: Construir losprototipos.Se verificaran los diseos de plantasde procesamiento y se seleccionarla que cumpla con las caractersticasrequeridas
Plano de la plantade tratamiento ydiagramaselctricos decontrol.
Ing. Daniel Zepeda
Ing. Fredy Amaya
Objetivo 4:
Integrar en la solucin
tecnolgica las etapas
de pretratamiento del
sustrato.
Actividad 1: Integracin de lasdistintas etapas de procesamiento.Diseo de planta de tratamiento queincluya las etapas de pretratamientode sustrato de alimentacin.
Diseo de equiposde trituracin ypulverizacin.
Ing. Daniel Zepeda
Ing. Fredy Amaya
7. RESULTADOS Y ALCANCES
7.1 BIODIGESTOR DE LABORATORIO.
El enfoque inicial del proyecto consiste en el diseo de un biodigestor de laboratorio para iniciar
pruebas de sustratos de alimentacin.
Se considera como cuerpo del biodigestor un bidn plstico e integrarle un motor que realice la
funcin de agitador de mezcla.Debido que la temperatura del sustrato en la cmara de digestin es crtica, se dise un
sistema de control de temperatura automatizado con electrodos de control.
La integracin de estos elementos se muestra en el plano # 1.
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Figura # 11, biodigestor de laboratorio, imagen propia.
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Figura 12, RTD, imagen propia
Figura 13, empaquetadura del sensor, imagen propia
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7.2DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO.
7.2.1 BIODIGESTOR.
La planta de tratamiento de desechos orgnicos tiene como centro de procesamiento un
biodigestor, donde la mezcla ser transformada por bacterias metanognicas en gas, seincluye un sistema control de temperatura siempre utilizando una RTD y el controlador de
variables analgicas y adems, para evitar la formacin de capas de sedimentos que
acidifican el proceso se incorpora un agitador de tipo industrial de movimiento horizontal.
El biodigestor est diseado para alimentacin continua, lo cual significa que tiene una
entrada de efluente siempre a la atmosfera; para evitar la fuga de biogs se disea un
deflector interno.
Es indispensable el acondicionamiento de la materia orgnica que ingresa al biodigestor,entre las etapas de acondicionamiento se tiene el particulado y la homogenizacin de
mezcla, adems, de un control de las variables qumicas del proceso, tanto en el interior
como el exterior del bioreactor.
7.2.1 ETAPAS DE PRETRATAMIENTO
Las etapas de pre tratamiento son:
Trituracin o particulado de los desechos, como etapa inicial del proceso de biodigestin,como se observa en la grfica # 21, la etapa subsecuente al particulado es la
desintegracin. Este dato es relevante al analizar que el proceso de metanognesis es el
ltimo de la cadena de descomposicin del material orgnico y, que adems, est
determinado por el tiempo de retencin, lo que significa que detener o desacelerar el
proceso en cualquiera de sus etapas evitar la produccin de biogs.
Las pruebas realizadas con sustratos orgnicos sin particular transforman el bioreactor
en un basurero hermtico.
El tipo de triturado est determinado por la materia a triturar, para el caso de los
desechos slidos orgnicos ser pulverizacin hmeda, obtenindose un material con
consistencia pastosa, a la cual debe agregrsele una cantidad de agua superior al 50%
de su peso.
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30 DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO DE BIOGS
Figura # 14, material orgnico particulado,
Figura # 15, material orgnico particulado,
Homogenizacin. Este proceso consiste en reducir el tamao de las partculas y, ademas,
igualar cada partucila en dimensiones fisicas. El proceso indsutrial se desarrolla con equipo
de centrifugado, pero la planta utilizara un sistema de filtrado por capas.
Figura # 1, homogenizador,
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31 DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO DE BIOGS
Tabla 6, TIPOS DE TRITURADORAS.
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32 DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO DE BIOGS
DISEO DEL BIODIGESTOR
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33 DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO DE BIOGS
MARCHA INICIAL DE LA PLANTA
1. Carga del biodigestor con material orgnico con abundantes bacterias
metanognicas, se recomienda cerdaza.
2. Tiempo de retencin de 25 das.
3. Pruebas de produccin de biogs.
a. El obtener biogs tendr inherente el dato de cultivo de bacterias en
condiciones controladas.
4. Carga del biodigestor con mezcla orgnica pretratada.
a. La cantidad de materia corresponder a la carga de alimentacin semanal
del bioreactor.
5. Recoleccin de afluente.6. Tratamiento del efluente
a. Secado de efluente en pilas de secado.
b. Pruebas de materia seca.
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34 DESARROLLO DE SOLUCIN TECNOLGICA PARA EL TRATAMIE NTO DE RESIDUOS SLIDOS URBANOS CON GENERACIN DE BIOGS
DIAGRAMA DE PROCESOS
ANALISIS REPRESENTATIVO DEL PROCESO DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGANICOS
DESECHOS
ORGANICOSTRITURADOR HOMOGENIZADOR
BIO
DIGESTOR
AGUA AGUA
BIOGAS
BIOFERTILI
NTES
CONTROL DE PH
MEDIDORES
PH
TEMPERATURA
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35 DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO DE BIOGS
E-14
BIODIGESTOR
HOMOGENIZADOR
CONTENEDOR
DE AGUA
AGITADOR
VALVULA DE
MEZCLADO
FILTRO
MS-1
A
B
TABLERO DE
CONTROL
VLVULA DE
DRENO
VLVULA DE
SEGURIDAD
PROCESO DE PRODUCCIN DE BIOGS
ARRESTA
LLAMAS
CMARA DE GAS
CMARA DE
BIODIGESTIN
DEPSITO
DE GAS
E-12
EFLUENTE
DRENO DE
CONDENSADOS-2
T
TERMMETRO
S-3
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36 DESARROLLO DE SOLUCIN TECNOLGICA PARA EL TRATAMIENTO DE RESIDUOS SLIDOS URBANOS CON GENERACIN D
8. CONCLUSIONES
En el tratamiento de desechos orgnicos para la generacin de biogs uno de los
problemas que se presentan es en la diversidad de compuestos que lo conforman como
parte de esto; se hace un inconveniente el control del PH del compuesto y por lo tanto el
sustrato dentro del biodigestor se transforma en alcalino o se acidifica obteniendo
resultados negativos en la generacin de biogs.
En su mayora los documentos bibliogrficos hacen referencia a la generacin de biogs
utilizando como sustrato los desechos de animales no as los desechos orgnicos pues
se cuenta con muy poca informacin del caso.
El estudio del proceso de la biodigestin que se desarrolla dentro de un biodigestor es
bien amplio y necesita de varios conocimientos para poder entender bien su
comportamiento por tal razn es necesario su capacitacin en los diferentes procesos
fsicos y qumicos que se desarrollan dentro de este contenedor.
9. RECOMENDACIONES
El estudio sobre tratamiento y generacin de biogs de desechos orgnicos es un tema
muy amplio por lo que se necesita de tiempo suficiente para poder realizar la
investigacin.
Para realizar pruebas experimentales con desechos orgnicos se necesita de tiempos
largos por el proceso que lleva la descomposicin de desechos orgnicos. Para realizar la caracterizacin de los desechos orgnicos se recomienda que lo
realicen los del departamento de Qumica y as poder obtener resultados favorables al
momento de realizar las mesclas para el sustrato a utilizar en el biodigestores.
Para poder entender el proceso de biodigestin en plenitud es necesaria una
capacitacin por parte de los expertos en el rea de biodigestores.
La sustitucin del triturador coloidal por un micronizador industrial es la mejor opcin
para el material de consistencia pastosa.
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37 DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO DE BIOGS
10. GLOSARIO
Acpm: Aceite Combustible Para Motor.
Anaerbicas: es un trmino tcnico que significa vida sin aire (donde "aire"
usualmente es oxgeno)
Anaerobios facultativos. Micro organismos aerbicos, que pueden desarrollarse en
ausencia de oxgeno por medio de lafermentacin
Azufre: Este no metal tiene un color amarillento, amarronado o anaranjado, es
blando, frgil, ligero, desprende un olor caracterstico a huevo podrido al combinarse
con hidrgeno y arde con llama de color azul, desprendiendo dixido de azufre. Es
insoluble en agua pero se disuelve en disulfuro de carbono. Es multivalente, y son
comunes los estados de oxidacin -2, +2, +4 y +6.
Basura: Es todo material considerado como desecho y que se necesita eliminar. La
basura es un producto de las actividades humanas al cual se le considera de valor
igual a cero por el desechado. No necesariamente debe ser odorfica, repugnante e
indeseable; eso depende del origen y composicin de sta.
Biocombust ib les: Se producen orgnicamente y a diferencia de los combustibles
fsiles son una fuente de energa renovable.
Biodiesel:Es un biocombustible lquido que se obtiene a partir de lpidos naturales
como aceites vegetales o grasas animales, con o sin uso previo, mediante procesos
industriales de esterificacin y transesterificacin, y que se aplica en la preparacin de
sustitutos totales o parciales del petrodiesel o gasleo obtenido del petrleo.
Biod igestor : Es, en su forma ms simple, un contenedor cerrado, hermtico e
impermeable (llamado reactor), dentro del cual se deposita el material orgnico a
fermentar (excrementos de animales y humanos, desechos vegetales-no se incluyen
ctricos ya que acidifican-, etctera) en determinada dilucin de agua para que a
travs de la fermentacin anaerobia se produzca gas metano y fertilizantes orgnicos
ricos en nitrgeno, fsforo y potasio, y adems, se disminuya el potencial
contaminante de los excrementos.
Bio gs: Es un gas combustible que se genera en medios naturales o en dispositivos
especficos, por las reacciones de biodegradacin de la materia orgnica, mediante la
accin de microorganismos (bacterias metanognicas, etc.), y otros factores, en
ausencia de oxgeno (esto es, en un ambiente anaerbico). Este gas se ha venido
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llamando gas de los pantanos, puesto que en ellos se produce una biodegradacin de
residuos vegetales semejante a la descrita.
BTU: Es una unidad de energa inglesa. Es la abreviatura de British ThermalUnit. Se
usa principalmente en los Estados Unidos. Ocasionalmente tambin se puede
encontrar en documentacin o equipos antiguos de origen britnico. En la mayor partede los mbitos de la tcnica y la fsica ha sido sustituida por el julio, que es la unidad
correspondiente del sistema internacional.
CO2: El dixido de carbono, tambin denominado xido de carbono (IV), gas
carbnico y anhdrido carbnico (los dos ltimos cada vez ms en desuso), es un gas
cuyas molculas estn compuestas por dos tomos de oxgeno y uno de carbono. Su
frmula qumica es CO2.
Desech os ino rgnic os :Son aquellos desechos cuya elaboracin proviene de
materiales que son incapaces de descomponerse o que tardan tanto en hacerlo quesera intil considerarlos como tales.
Desech os o rgnic os: Son los restos biodegradables de plantas y animales. Incluyen
restos de frutas y verduras y procedentes de la poda de plantas.
Diseminados: Extender los elementos de un conjunto sin orden y en diferentes
direcciones
Efecto invernadero: Es el fenmeno por el cual determinados gases, que son
componentes de la atmsfera planetaria, retienen parte de la energa que el suelo
emite por haber sido calentado por la radiacin solar. Afecta a todos los cuerposplanetarios dotados de atmsfera. De acuerdo con la mayora de la comunidad
cientfica, el efecto invernadero se est viendo acentuado en la Tierra por la emisin
de ciertos gases, como el dixido de carbono y el metano, debido a la actividad
humana.
Energa verde: Es la energa que se obtiene de fuentes naturales virtualmente
inagotables, unas por la inmensa cantidad de energa que contienen, y otras porque
son capaces de regenerarse por medios naturales.
Etanol: Conocido como alcohol etlico, es un alcohol que se presenta como un lquidoincoloro e inflamable con un punto de ebullicin de 78 C.
FODES: EL Fondo para el Desarrollo Econmico y Social de los Municipios
Grado de toxic idad: Se define como la relacin entre la mxima cantidad de la
sustancia que puede ser ingerida diariamente y el peso promedio de una persona (en
kg, kilogramos).
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Lix iv iados: Es el lquido producido cuando el agua percola a travs de cualquier
material permeable. Puede contener tanto materia en suspensin como disuelta,
generalmente se da en ambos casos. Este lquido es ms comnmente hallado o
asociado a rellenos sanitarios, en donde, como resultado de las lluvias percolando a
travs de los desechos slidos y reaccionando con los productos de descomposicin,qumicos, y otros compuestos, es producido el lixiviado. Si el relleno sanitario no tiene
sistema de recogida de lixiviados, stos pueden alcanzar las aguas subterrneas y
causar, como resultado, problemas medioambientales o de salud. Tpicamente, el
lixiviado es anxico, cido, rico en cido orgnicos, iones sulfato y con altas
concentraciones de iones metlicos comunes, especialmente hierro. El lixiviado tiene
un olor bien caracterstico, difcil de ser confundido y olvidado.
Metano: Es el componente mayoritario del gas natural, aproximadamente un 97% en
volumen a temperatura ambiente y presin estndar, por lo que se deduce que encondiciones standar de 0 C y una atmsfera de presin tiene un comportamiento de
gas ideal y el volumen se determina en funcin del componente mayoritario de la
mezcla, lo que quiere decir que en un recipiente de un metro cbico al 100% de
mezcla habr 0.97 metros cbicos de gas natural; el metano es un gas incoloro e
inodoro.
Piensos compuestos:son un alimento elaborado para animales que, segn la
normativa legal europea, estn compuesto por Cualquier sustancia o producto,
incluido los aditivos, destinado a la alimentacin por va oral de los animales, tanto siha sido transformado entera o parcialmente como si no.
Residuos Slidos: Material que no representa una utilidad o un valor econmico
para el dueo, el dueo se convierte por ende en generador de residuos.
Sulfuro d e hidrgeno (H2S): Denominado cido sulfhdrico en disolucin acuosa
(H2Saq), es un cido inorgnico de frmula H2S. Este gas, ms pesado que el aire, es
inflamable, incoloro, txico y su olor es el de la materia orgnica en descomposicin,
como los huevos podridos. A pesar de ello, desempea en el organismo del ser
humano funciones esenciales.
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11. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS
Artculo sobre Basura Orgnica = Energa, se encuentra en:
http://www.unav.es/dpp/tecnologia/proyectos2004/29/paginas/organ/organenergia2.htm
Artculo sobre Contaminacin por Basura, se encuentra en:
http://www.profesorenlinea.cl/ecologiaambiente/ContaminacionBasura.htm
Artculo sobre Biodigestor, El portal del Cerdo, Universo Porcino, se encuentra en:
http://www.aacporcinos.com.ar/articulos/que_es_un_biodigestor.html
Anlisis Sectorial de Residuos Slidos en El Salvador. Ministerio de Salud Pblica y
Asistencia Social.
Autor. Organizacin Panamericana de la Salud. Organizacin Mundial de la Salud.
Divisin de Salud y Ambiente.
Agosto de 1998.
Artculo sobre Contaminacin por Basura, se encuentra en:
http://www.comures.org.sv/noticias/noti13.html
Programa Nacional para el Manejo Integral de los Desechos Slidos
Plan para el Mejoramiento del Manejo de Desechos Slidos en El Salvador
Mayo 2010
http://www.unav.es/dpp/tecnologia/proyectos2004/29/paginas/organ/organenergia2.htmhttp://www.profesorenlinea.cl/ecologiaambiente/ContaminacionBasura.htmhttp://www.aacporcinos.com.ar/articulos/que_es_un_biodigestor.htmlhttp://www.aacporcinos.com.ar/articulos/que_es_un_biodigestor.htmlhttp://www.comures.org.sv/noticias/noti13.htmlhttp://www.comures.org.sv/noticias/noti13.htmlhttp://www.comures.org.sv/noticias/noti13.htmlhttp://www.aacporcinos.com.ar/articulos/que_es_un_biodigestor.htmlhttp://www.profesorenlinea.cl/ecologiaambiente/ContaminacionBasura.htmhttp://www.unav.es/dpp/tecnologia/proyectos2004/29/paginas/organ/organenergia2.htm7/25/2019 08- Diseo de Planta de Tratamiento de Desechos Orgnicos Para La Generacin y Aprovechamiento De
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12. ANEXOS
PATENTE EP0654448A1
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42 DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO DE BIOGS
PATENTE GB1245434A
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43 DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO DE BIOGS
PATENTE US4532892A
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44 DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO DE BIOGS
PATENTE US6982035B1
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45 DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO DE BIOGS
PATENTE US2004232088A1
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46 DISEO DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE DESECHOS ORGNICOS PARA LA GENERACIN Y APROVECHAMIENTO DE BIOGS
PATENTE WO2007147225A2
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REGULACIN AMBIENTAL
Cumplimiento del Art. 52 de la Ley del Medio Ambiente:
Programa Nacional para el Manejo Integral de los Desechos
El Salvador cuenta con instrumentos legales que presentan las bases para instaurar un
adecuado manejo de los desechos slidos en el pas. La Ley del Medio Ambiente, en su artculo
52, otorga la responsabilidad de formular un Programa Nacional para el Manejo Integral de los
Desechos al MARN, en coordinacin con el Ministerio de Salud Pblica y Asistencia Social, los
Gobiernos Municipales y otras organizaciones competentes.
El no cumplimiento de este mandato de Ley ha provocado la descoordinacin actual del sector y
el abandono de las municipalidades en cuanto al apoyo tcnico y jurdico para la prestacin delos servicios.
La Comisin Presidencial ante esta situacin plantea la formulacin, consulta y aprobacin del
Programa Nacional para el Manejo Integral de los Desechos Slidos, cuyos objetivos
estratgicos son:
Promover la adopcin de hbitos y prcticas de consumo sostenibles, reducir al mnimo la
generacin de desechos slidos y aumentar al mximo la reutilizacin y el reciclaje de los
mismos.
Promover y alcanzar calidad y cobertura universal de los servicios de manejo de desechos
slidos en base a sistemas de manejo integral y sostenible a fin de prevenir la contaminacin
ambiental y proteger la salud de la poblacin.
Promover el manejo integral de los desechos slidos articulando el accionar de las
instituciones competentes, la responsabilidad empresarial, la participacin ciudadana y el
acceso a la informacin.
Para cumplir con los objetivos estratgicos planteados, hay que crear condiciones adecuadas
para el mejoramiento de la gestin integral de los desechos slidos, es por esto que la primera
etapa del Programa contempla la implementacin del Plan para el Mejoramiento.
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www.itca.edu.sv
Sede Central Santa Tecla
Km. 11 Carretera a Santa Tecla.Tel. (503) 2132-7400
Fax. (503) 2132-7599
MEGATEC La Unin
C. Santa Mara, Col. Beln, atrs del
Instituto Nacional de La Unin.
Tel. (503) 2668-4700
Centro Regional San MiguelKm. 140, Carretera a Santa Rosa de Lima.
Tel. (503) 2669-2292, (503) 2669-2299
Fax. (503) 2669-0961
MEGATEC Zacatecoluca
Km. 64 1/2, desvo Hacienda El Nilo,
sobre autopista a Zacatecoluca y
Usulutn. Tel. (503) 2334-0763, (503)
2334-0768 Fax. (503) 2334-0462
Centro Regional Santa AnaFinal 10a. Av. Sur, Finca Procavia
Tel. (503) 2440-4348, (503) 2440-2007
Tel. Fax. (503) 2440-3183
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