Puesta a punto de un biorreactor en continuo para biometanización de residuos a escala de planta piloto

Rial Axpe, Mario (2017). Puesta a punto de un biorreactor en continuo para biometanización de residuos a escala de planta piloto. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Descripción

Título: Puesta a punto de un biorreactor en continuo para biometanización de residuos a escala de planta piloto
Autor/es:
  • Rial Axpe, Mario
Director/es:
  • Fuente García-Soto, María del Mar de la
  • Narros Sierra, Adolfo
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería Química
Fecha: Julio 2017
Materias:
Palabras Clave Informales: Biorreactor, planta piloto, biogás, metano, anaerobio, microorganismos, sustrato.
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Ingeniería Química Industrial y del Medio Ambiente
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

El Trabajo de Fin de Grado que se desarrolla en este documento ha tenido como principal objetivo la puesta a punto de uno de los biorreactores de digestión anaerobia, pertenecientes a la planta piloto ubicada en el laboratorio de Química II, para la biometanización de residuos sólidos urbanos. El proceso de puesta a punto del digestor fue realizando utilizando como sustrato azúcar de mesa. La biometanización es una de las más interesantes técnicas para gestionar la F.O.R.M (Fracción Orgánica de los Residuos Municipales) dado que en primer lugar reduce su volumen y en segundo lugar se obtiene un biogás con unas interesantes cualidades energéticas y un digesto susceptible de ser utilizado como abono. Es de vital importancia el tratamiento de la F.O.R.M dado que la UE limita la cantidad que puede ser depositada en vertedero, por lo que si se reduce el volumen de la misma y se pueden obtener productos aprovechables de ella se consigue un doble beneficio a un problema que a corto plazo puede aumentar en gravedad. Antes de comenzar la realización de los ensayos se debía realizar todo el proceso de calibraciones y comprobación de la instalación asociado a la primera puesta en operación del digestor. Se calibraron las unidades de dosificación y medida del biogás, así como el caudalímetro de bola utilizado en la calibración de la unidad de medida. El proceso de calibración se desarrolló de manera secuencial, en primer lugar se procedió a realizar la calibración de la unidad de dosificación empleando como fluido de pruebas agua destilada, la primera calibración se correspondía con un funcionamiento continuo, posteriormente se decidió realizar una calibración con funcionamiento en régimen discontinuo pues se había calculado que el régimen de flujo correcto para el tiempo de residencia requerido se alcanzaba con ese tipo de régimen de operación. Tras la calibración de la unidad de dosificación se procedió a realizar la calibración del caudalímetro de bola paso previo a la calibración del caudalímetro de la planta piloto. Habiéndose realizado la calibración de todo el sistema se comenzaron a realizar las comprobaciones sobre la estanqueidad del sistema para detectar posibles fugas. Una vez realizado este proceso en repetidas ocasiones se procedió a realizar la primera carga del reactor e iniciar así el Ensayo 0, no sin antes de realizar la calibración de los pH-metros. El inicio del Ensayo 0 comenzó con dificultades pues la bomba peristáltica no podía funcionar con el régimen previsto, y se decidió que funcionará en régimen continuo a revoluciones mínimas. Asimismo, durante el proceso de carga y arranque del biorreactor se descompensaron las ramas del caudalímetro y se compensaron de forma manual, sin embargo, en el interior del caudalímetro las ramas no quedaron correctamente ajustadas y durante gran parte del ensayo el caudalímetro no registró producción de biogás a causa de este motivo. Finalmente, esta incidencia fue advertida y solucionada, y el sistema comenzó a funcionar de manera plena. Al poco tiempo de solventar este problema se decidió dar por terminado el Ensayo 0 y comenzar el Ensayo 1 que aprovecharía la carga de lodos realizada en el Ensayo 0. Exceptuando la incidencia con el caudalímetro, el sistema evolucionó de forma adecuada y satisfactoria, permaneció estable en términos de pH, siempre estuvo en las cercanías de la neutralidad y la composición evolucionaba favorablemente enriqueciéndose en metano. Debido a que durante el Ensayo 0 no se realizaron perturbaciones debido al problema acaecido con la unidad de medida, al inicio del Ensayo 1 se decidió aumentar la cantidad de sustrato introducida por litro de alimentación preparada, y se realizaron sucesivos aumentos durante el ensayo. Esto provocó una caída del pH motivada por una mayor generación de ácidos grasos volátiles, esta caída se mantuvo casi imparable, hasta que se decidió cambiar el sistema de tamponamiento, que se basaba en aniones hidrógeno fosfatos y aniones fosfato, por un sistema basado en bicarbonato sódico. Con el cambio de tampón se observó una notable mejoría en términos de pH, se consiguió que volviera a un valor estable de 6,7. Sin embargo, al poco de que el pH se estabilizara se observó que la bomba de dosificación fallaba, no tenía fuerza suficiente para impulsar el fluido a su través de la manera adecuada, por lo que se tuvo que cambiar la bomba peristáltica. En lo referido a la composición, se observó que durante los primeros días del ensayo el biogás evolucionaba hacia un enriquecimiento en metano, desafortunadamente esa tendencia comenzó a desaparecer mientras comenzaba a aumentar la cantidad de dióxido de carbono presente en el biogás. Este problema se vio aumentado al cambiar el tampón empleado dado que el bicarbonato que entraba en el digestor se descomponía liberando más dióxido de carbono. Finalmente, en los últimos estadios del ensayo, los microorganismos metanogénicos se inhibieron por completo quedando demostrado por el aumento paulatino de la concentración de hidrógeno en el biogás. En términos de producción se puede decir que el ensayo nunca consiguió mantener una producción estable y sostenida en el tiempo, la producción sufría constantes oscilaciones y en el tramo final registró un considerable incremento ligado a la mayor producción de hidrógeno. Tras la finalización del ensayo 1, se procedió a realizar la operación de vaciado del reactor para acometer la parada técnica. La parada técnica consistió en una recalibración de las unidades de la planta y la instrumentación de la misma. Este proceso se prolongó durante una semana y tras la culminación del mismo comenzó el Ensayo 2. El Ensayo 2 fue sin lugar a dudas el mejor en cuanto a estabilidad se refiere, pudiéndose afirmar que se alcanzó el estado estacionario, durante la duración del mismo el pH se consiguió mantener estable, consiguiendo incluso que se acercara a valores cercanos a la neutralidad (en el proceso de arranque el pH cayó hasta un valor de 6,7 y posteriormente fue paulatinamente aumentando hasta un valor de 6,9). En términos de producción, ésta se mantuvo gran parte de la duración del ensayo estable en torno a 500 mL/día, sin embargo, se registró un período de 11 días en los cuáles sufrió oscilaciones debidas a perturbaciones a las que se sometió al sistema. Por el contrario, la composición del biogás permaneció siempre bastante estable, la composición estaba determinada por una alta cantidad de dióxido de carbono, en torno al 65-70% y una cantidad de metano de entorno a un 30-35%. Finalmente, sobre la realización global del proyecto se puede decir que ha cumplido con los objetivos planteados a su inicio, pues se ha conseguido finalmente desarrollar una operación estable y sostenida en el tiempo, asimismo se ha conseguido conocer el funcionamiento de la planta, qué problemas pueden surgir y cuáles son los procedimientos para solucionarlos. Asimismo, la realización del proyecto ha servido para que el alumno adquiera una mayor capacidad de decisión en cuanto al manejo y operación de una instalación, en tanto en cuánto era necesario tomar decisiones sobre la preparación de la alimentación en función de los datos proporcionados por el software de control. De igual modo se debe hacer mención que durante toda la realización del proyecto se han seguido las medidas de seguridad pertinentes para operar en el laboratorio.

Más información

ID de Registro: 47331
Identificador DC: http://oa.upm.es/47331/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:47331
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 26 Jul 2017 06:43
Ultima Modificación: 26 Jul 2017 06:43
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