Co-digestión anaerobia y pretratamientos de residuos agroalimentarios con fangos UASB de depuradora. Caracterización BMP y análisis

Abstract

La digestión anaerobia se presenta como una de las soluciones para la gestión de residuos más aptas e integradoras al constituir una forma de reducción de disposición en vertedero, reciclaje y valorización, especialmente energética en forma de biogás (como energía renovable). Otra solución aún más factible es la co-digestión anaerobia, en la que se tratan de forma conjunta varios residuos, de tal manera que se aporta una solución inmediata, con aprovechamiento energético. La co-digestión lleva asociadas una serie de ventajas con respecto a la digestión simple, como la mejora en la cantidad de metano generado, su enriquecimiento, mayor velocidad y estabilidad de proceso. Una solución óptima es la co-digestión de residuos alimentarios con fangos de depuradora. Si además se realiza en las instalaciones de la propia depuradora se consigue convertir una instalación ambientalmente necesaria en un generador de energía renovable. El objetivo principal de la presente tesis es determinar la adaptabilidad de tratar conjuntamente los residuos alimentarios, provenientes de parques agroalimentarios de venta mayorista, con fangos de depuradora. Para ello se estudiará el comportamiento conjunto de la digestión de los residuos seleccionados con fango lenticular UASB de depuradora. Se estudia el desarrollo de la digestión anaerobia de cada tipo de residuo escogido (residuo de verdura, carne y pescado), analizando el desarrollo del proceso, el biogás, metano e hidrógeno generados. Posteriormente se estudia el comportamiento de digestión de mezclas de residuos, y como afecta el ratio de mezcla al desarrollo del proceso, para determinar si es mejor tratar los residuos por separado o en conjunto, y se selecciona la mezcla que produce una sinergia mayor en el proceso. Para concluir se analiza el efecto en el proceso de diferentes pretratamientos de los sustratos, mediante acciones fácilmente accesibles en las instalaciones de estudio. Se determina con ello si se produce un incremento o sinergia en el proceso de digestión al pretratar los residuos antes de ser digeridos. Con los resultados se ha conseguido determinar que los tres vectores de residuos (fruta y verdura, carne y pescado) se pueden tratar mediante digestión anaerobia. El residuo V es el que mayor cantidad de gas y metano genera con velocidad y estabilidad de proceso mayor. El residuo C se ve ligeramente afectado por inhibición por acidificación y el residuo P se inhibe por acumulación de amonio. Al tratar los residuos en conjunto se consigue, en algunos casos, compensar las inhibiciones por acumulación de ácidos y de amonio, o en otros casos agravarlas. La mezcla que presenta una sinergia mayor, en términos de generación de biogás, metano, enriquecimiento, velocidad de proceso y estabilidad, es la mezcla en la que se unen los tres residuos en partes iguales. Por último, se observa que el nivel de degradación de los residuos es bajo, al ser los sustratos particulados y el fango UASB resistente pero difícilmente accesible. Por ello se someten los sustratos a pretratamientos con el fin de mejorar la accesibilidad de los sustratos. Se emplean pretratamientos fácilmente accesibles en las instalaciones generadoras de los residuos escogidos, como congelación, ultracongelación y liofilización. En general el resultado de los pretratamientos es positivo, siendo el más adecuado la congelación, al mejorar enormemente la accesibilidad por rotura de membranas exteriores, mejora de la solubilidad, incremento de generación de biogás, enriquecimiento de metano e incremento de la velocidad del proceso.

Anaerobic digestion is presented as one of the most suitable and integrative solutions for waste management, as it constitutes a way of reducing waste disposal in landfill, recicling and valorization, specially energetic, in the form of biogas (as renewable energy). Another yet more feasible solution is the anaerobic co-digestion, in which various types of waste are treated togueter, in a way that an inmediate solution is provided, with energetic use. Co-digestion has a series of associated advantages with respect to the simple digestion, such as the improvement in the amount of generated biogas, methane enrichment and more speed and stability in the process. An optimal solution is the co-digestion of food waste with sewage sludge. If also done in the same facilities of the wastewater treatmet plants, an environmentally necessary facility can be turned into a generator of renewable energy. The aim of this thesis is to determinate the adaptability of treating food waste alltogether, coming from wholesale agro-alimentary parks, with sewage sludges. To achieve this, a study of the joint behaviour of the selected waste's digestion with lenticular anaerobic UASB sludge will be necessary. The development of the anaerobic digestion for each type of waste selected (fruit and vegetables, meat and fish waste) is studied, analyzing the development of the process along with biogas, methane and hidrogen generation. After this, the behaviour of different mixtures of wastes during digestion is studied, and how the mixture ratio affects the development of the process. The final scope is to determinate if it is better to treat the waste sepparately or together, and the mixture that provides a better sinergy in the process. Lastly, the effect in the process of different pre-treatments of the substrates, through easily accessed actions in the facilities of the study, is analyzed. This helps determine whether an increase or sinergy is produceed in the digestion process when pre-treating the waste before it is digested. With the results it has been proved that the three vectors of waste (fruit and vegetables, meat and fish) are elligible for anaerobic digestion. The V type of waste is the one that generates the higher amount of gas and methane with a higher speed and stability of process. Type of waste C is slightly affected by inhibition of acidification and type of waste P is inhibited by accumulation of ammonia. When treating the waste combined it is posible, in some cases, to compensate the inhibitions by accumulations of acids and ammonia, while others aggravate them. The mixture that presents a higher sinergy in terms of generation of biogas, methane, enrichment, speed of process and stability, is the mixture in which the three types of waste are equal in amount. To conclude, it is observed a low level of degradation of the waste, being the substrates particled and the UASB sludge resistant but hardly accessible. Due to this, the substrates undergo pre-treatments in order to improve the accessibility of the substrates. Easy to access pre-treatments are applied in the facilities that generate the selected waste, like freezing, ultrafreezing and lyophilization. Overall, the result of the pre-treatments is positive, being freezing the most adequate as it largely improves the accessibility by fracture of external membranes, improvement of solubility, increase in generation of biogas, enrichment of methane and increase in the speed of process.