5. combustibles biorenovables...

$: 5. Combustibles biorenovables gaseosossgpwe.izt.uam.mx/files/users/uami/rmro/2906019/sem11/Sem_11_Ses_1_13O.pdfDPPB Semana: 11\ Sesión: 1 5.2.3 Procesamiento de biogás • El proceso$
DPPB Semana: 11\Sesión: 1

5. Combustibles biorenovables gaseosos

• Grupo: CP57

• Clave: 2906019

• Trimestre: 13-O

1


5.2.3 Procesamiento de biogás

• Sistema de digestión anaerobia: Promueve la descomposición de estiércol o digestión de los orgánicos presentes en el estiércol, lodos residuales, residuos sólidos municipales, residuos biodegradables, etc. a compuestos orgánicos simples y biogás.

• Existen 3 tipos de digestores de tipos continuo: – Sistema de tanques verticales

– Tanques horizontales

– Sistema de flujo tapón

2


5.2.3 Procesamiento de biogás

• El proceso de digestión anaerobia ocurre en los siguientes 4 pasos básicos: – Hidrólisis

– Acidogénesis

– Acetogénesis

– Metanogénesis

3


5.2.3.1 Hidrólisis

• Hidrólisis – Los compuestos orgánicos son hidrolizados en pequeñas

unidades: • Azúcares • Aminoácidos • Alcoholes • Cadenas largas de ácidos orgánicos

– Descomposición biológica de polímeros orgánicos a monómero o dímeros

– Previo a la hidrólisis se han investigador algunos pretratamientos:

• Térmico • Mecánico • Químico

4


5.2.3.2 Acidogénesis

• Acidogénesis: – Un grupo de microorganismos fermentan los productos

obtenidos de la hidrólisis • Ácido acético • Hidrógeno • Bióxido de carbono • Ácidos orgánicos volátiles de bajo peso molecular (ácido propiónico y

ácido butírico) que son subsecuentemente convertidos a ácido acético.

– Durante la acidogénesis los biomasa fresca alimentada producen una variedad de ácido grasos volátiles.

– Usualmente en la digestión anaerobia, éste es el paso más rápido además de proveer la mayor productividad de energía para lo microorganismos y los productos pueden ser utilizados directamente por los microorganismos metanogénicos.

5


5.2.3.3 Acetogénesis

• Es el tercer paso de la ruta biológica donde los productos de la acidogénesis son digeridos por los microorganismos para producir: – Bióxido de carbono – Hidrógeno – y principalmente ácido acético – Ácidos orgánicos de alto peso molecular (ácido propiónico, butíco,

valérico, etc.) • Microorganismos:

– syntrophobacter wolinii (decompone el propinoato) – sytrophomonos wolfei (descompone el butirato) – clostridium spp – peptococcus anerobus – lactobacillus – actinomyces – BUSCAR LA APLICACIÓN DE LOS MICROORGANISMOS..!!

6


5.2.3.3 Acetogénesis

• Los acetogénicos son microorganismos de crecimiento lento sensibles a: – Cambios en la velocidad de alimentación de los

compuestos orgánicos

• Los microorganismos de esta etapa son heterótrofos facultativos los cuales son función de pH 4-6.5

7


5.2.3.4 Metanogénesis

• Los metanógenos pertenecen a las archaeas un grupo único de microorganismos .

• Sólo un número limitado de compuesto pueden actuar como sustratos en la metanogénesis: – Acetatos

– H2/CO2

– Metanol

– formiatos

8


5.2.3.4 Metanogénesis

• Microorganismos: – Methanosarcina:

• Rápida velocidad de crecimiento

• Mayor constante de afinidad aparente al sustrato (Km)

– Methanosaeta: • Lento crecimiento

• Doble del tiempo requerido (4-9 días)

9


5.2.3.5 El efecto de los parámetros de operación

• Temperatura

• pH

• Tiempo de retención

• Carga de materia orgánica

• Concentraciones de inhibidores

• Concentraciones de ácidos orgánicos volátiles totales

• Descomposición de sustrato

10


5.2.3.5 El efecto de las variables de operación

• Temperatura: – La temperatura influye significativamente en los procesos de

digestión anaerobia – Velocidad de degradación de materia orgánica aumenta con el

aumento de temperatura • Digestión anaerobia mesofílica: 303-313 K • Digestión anaerobia termofílica: 323-333 K

– Digestión anaerobia mesofílica: • El digestor el calentado a 308K con un tiempo de retención de 15-30

días – Digestión anaerobia termofílica:

• El digestor el calentado a 328K con un tiempo de retención de 12-14 días

• ¿Qué podemos concluir?

11



• pH – Rango aceptable: 5.5-8.5

– Puede ser necesario el uso de un búfer para mantener el pH.

– La producción de ácidos orgánicos volátiles y ácidos grasos de cadena larga disminuyen el pH, lo cual inhibe a los microorganismos de la metanogénesis.

– Búfer utilizados para precipitar ácidos grasos de cadena larga:

• Carbonato de calcio

• Hidróxido de calcio

12



– El pH juega un papel importante en la metanogénesis en rangos de 4.5-6.5.

– La degradación máxima de propinoato y producción de metano se lleva a cabo a un pH de 7.5 y 7.0, respectivamente.

– Los principales componentes de control de alcalinidad son el bicarbonato de calcio y los ácidos grasos volátiles (consumidos y producidos en el proceso de digestión anaerobia)

13



• Relación carbono/nitrógeno: – Los organismos utilizan carbono durante la digestión 20 a

30 veces más rápido que el nitrógeno -> 20-30:1 relación carbono nitrógeno.

– A una alta relación C/N los microorganismos metanogénicos consumen rápidamente el nitrógeno y disminuyen la velocidad de producción de biogás.

– A una baja relación C/N causa una acumulación de amoniaco y el pH excede el pH de 8.5, el cual es tóxico para las bacterias metanogénicas.

14



– Materias primas:

15

Materia prima C/N

Residuos del arroz 60.3

Lodo de papel 140

Acerrín 242



• Tasa de carga orgánica (TCO): Cantidad de materia orgánica alimentada por unidad de volumen de biodigestor por tiempo (kg /m3/d) – Una alta TCO puede causar un mal funcionamiento en el

biodigestor sí la bacteria acidogénica se multiplica y produce ácidos rápidamente.

– La TCO depende de diversos parámetros como: • Diseño del reactor

• Características de las aguas residuales

• Habilidad de la biomasa para precipitar

• etc,.

16



• Tiempo de retención hidráulica (TRH) – Parámetro importante en el tratamiento de aguas

residuales

– Importante en el tiempo de reacción de reactantes dentro del reactor ¿cuáles son esos reactantes?

– En climas tropicales el TRH varía de 30-50 días, mientras que en climas más fríos pueden llegar a 100 días. Bajos TRH pueden originar el lavado de la población bacteriana activa, mientras que largos TRH requiere de largos volúmenes de digestor-> mayor costos fijos ¿Qué son los costos fijos?

17



– Si la digestión anaerobia compitiera con la deposición de otros residuos sólidos municipales-> el tiempo de retención debe ser menor al actual de 20 días.

– TRH determina el tiempo promedio que toma la materia orgánica en ser digerida completamente, medida por la demanda química de oxígeno y la demanda bioquímica de oxígeno.

18



• En los procesos de digestión de estiércol y digestión de muestras de paja: – Los primeros 3 días 0% metano y 100% de CO2 (digestión

anaerobia)

– Día 11: 50% metano, 50% CO2

– Día 20: la digestión alcanza su estado estacionario

– 73-79% de metano y el resto principalmente CO2

– Durante un periodo de digestión de 30 días el ~80-85% del metano se produjo en los días 15-18 -> el tiempo de retención debe ser de 15-18 días en vez de 30 días.

19



• Los residuos agroindustriales contiene una baja cantidad de nitrógeno (60-90 C/N), por lo tanto es necesario adicionar fuentes de nitrógeno para llevar a cabo la digestión anaerobia (amoniaco, urea, residuos de comida)

20


5. Combustibles biorenovables gaseosos

• Grupo: CP57

• Clave: 2906019

• Trimestre: 13-O

21

5. combustibles biorenovables...

Documents