MXPA05005098A - Fermentador anaerobico. - Google Patents

Abstract

La invencion se relaciona con un dispositivo (1) para fermentar anaerobicamente substancias(A,B), que comprende: un preacidificador (2) dentro del cual las substancias (A, B ) se someten a una preacidificacion; un fermentador (3a, 3b) dentro del cual las substancias (A, B ) preacidificadas se fermentan, y medios de transferencia (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 10, 11, 12, 14,21) para transferir las substancias (A, B ) fuera del preacidificador (2) y dentro del fermentador (3a, 3b). El dispositivo se caracteriza porque los medios de transferencia (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 10, 11, 12, 14,21) estan disenados para selectivamente transferir las substancias (A, B) suficientemente preacidificadas. La invencion tambien se relaciona con un metodo para anaerobicamente fermentar las substancias (A, B), que consisten en los pasos de: preacidificacion durante la cual las substancias (A, B) se preacidifican por medio de un preacidificador (2); fermentacion durante la cual las substancias (A, B) preacidificadas se fermentan dentro de un fermentador (3a,3b), y transferencia durante la cual las substancias (A, B) se transfieren fuera del preacidificador (2) y dentro del fermentador (3a,3b), gracias a la cual selectivamente se transfieren las substancias suficientemente preacidificadas.

Description

FERMENTADOR A AEROBICO ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La invención se relaciona con un aparato y un método para la fermentación anaerobica de materiales. De acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 y de la reivindicación 8 del documento DE 198 04 007 se conocen un aparato y un método . Este documento se relaciona con el tratamiento de un fluido orgánicamente cargado por lo cual se genera gas en la etapa de fermentación. En la práctica, se ha establecido que la duración promedio de residencia de los fluidos cargados en la etapa de preacidificación es aproximadamente 15 horas y un proceso total de aproximadamente 30 horas. En este tiempo, el agua de proceso se preacidifica lo suficiente para que se pueda transportar hacia el termentador sin correr el riesgo que ocurra otra acidificación en el termentador lo que podría ser muy desventajoso para el proceso de fermentación, particularmente por que se daña las bacterias que producen metano debido a los bajos valores de pH. Usualmente en la preacidificación se debe alcanzar un valor de pH de 6.0 o inferior. La preacidificación sirve para solubilizar compuestos complejos de carbono ya que las bacterias de fermentación pueden utilizar únicamente simples compuestos de carbono . Durante la fermentación se extrae el biogas, el que representa una mezcla de metano y dióxido de carbono y que se puede utilizar para generar energía. Además, a partir de la práctica son conocidos reactores sólidos en los que conjuntamente toman lugar la preacidificación y fermentación para la extracción del biogas . En este tipo de reactores sólidos se puede tratar materiales pastosos, cuyos tiempos de residencia es de semanas hasta que tome lugar un proceso total suficiente. En la elaboración de la cerveza, las aguas del proceso cargadas con fluido proveniente de, por ejemplo, procesos limpiadores y en la medida que surgen materiales orgánicos más sólidos, levaduras y sedimentos, es decir, gabazo. En las plantas de extracción de jugo de frutas también surgen residuos de prensado como las partículas de cascara sólidas además del agua de proceso. En este tipo de sitios de producción o en algunos similares surgen tanto fluidos orgánicamente cargados así como restos orgánicos, es decir, por lo tanto se requieren principalmente dos reactores independientes debido a los periodos de preacidificación incompatibles con el fin de utilizar los materiales para la producción de biogas. Sin embargo, esto en bastante costoso y complicado. El documento DE 199 37 876 Al describe un método para la conversión biológica de materiales orgánicos a gas metano, este método es para lograr una mejora energética al cambiar el punto de operación estable del sistema. Para este propósito, el tiempo de residencia de los componentes orgánicos en los reactores es para que se desacoplen del tiempo de residencia hidráulico mediante la retención de los componentes orgánicos por medio de una membrana semipermeable con el fin de lograr una mejor adaptación del crecimiento bacteriano. El objetivo de la presente invención es, por lo tanto, crear un aparato y un método con los cuales se puede realizar una alternativa más simple y barata para la producción de biogas a partir de materiales fluidos y sólidos . Este objetivo se logra con un aparato con las características de la reivindicación 1 y con un método con las características de la reivindicación 8. Las modalidades preferidas se describen en las subreivindicaciones respectivas . Con el aparato de acuerdo con la presente invención, se proporcionan medios para la transportación de materiales hacia el termentador con lo que es posible, mediante el control selectivo del proceso, transportar todos los materiales en una condición suficientemente preacidificada. En la presente, los materiales todavía insuficientemente preacidificados, normalmente más sólidos y escasamente solubilizados se dejan en el preacidificador para una preacidificación suficiente. Por consiguiente, el método de acuerdo con la presente invención se relaciona con este fermentador, en el cual sólo los materiales suficientemente preacidificados se transportan. De esta manera, es posible poner a fluir respectivamente materiales considerablemente solubilizados así como algunos sólidos o pastosos menos solubilizados en un preacidificador y posteriormente alimentarlos suficientemente preacidificados hacia un fermentador común. Para el transporte selectivo de una variedad de materiales, se pueden emplear características que distingan los materiales suficientemente preacidificados de materiales todavía insuficientemente preacidificados . Mientras que, por ejemplo, los materiales sólidos o pastosos suficientemente preacidificados se impregnan mediante la solubilización de la preacidificación y se disuelven en el fluido, los sólidos insuficientemente preacidificados por lo habitual se granulan y sedimentan como partículas toscas, respectivamente. Por lo tanto, por ejemplo se puede realizar una selección mediante un colado y tratamiento con lo cual el colador tiene, por ejemplo, que ser diseñado para que los sólidos todavía insuficientemente preacidificados se atrapen en el colador y el fluido y los materiales impregnados puedan atravesar el colador. Aún más, tiene que considerarse que de no hacerse una agitación o sacudimiento en el preacidificador, los sólidos todavía insuficientemente preacidificados en el preacidificador se depositan por sí mismos en el fondo del mismo. Esto significa que con la interrupción de la agitación o del sacudimiento que por lo habitual se realiza en el preacidificador, los materiales insuficientemente preacidificados se asientan en la parte inferior, mientras que los materiales suficientemente preacidificados se dirigen hacia la parte superior, con lo que se hace posible realizar una selección de los materiales suficientemente preacidificados mediante una extracción de los materiales en la parte superior del preacidificador llevando hacia el fermentador únicamente las "fases de reposo" . Aún más, se ha considera que mediante, por ejemplo, una flotación al soplar aire o gas en el preacidificador desde el fondo, los sólidos de preferencia flotan hacia la superficie de tal manera que allí sea posible una separación de los materiales todavía insuficientemente preacidificados de los materiales suficientemente preacidificados para que sea posible una selección durante el transporte mediante una extracción de materiales de la parte inferior del preacidificador. Una modalidad preferida con materiales de alimentación muy toscos, como por ejemplo, cascaras, granos o lo similar, incluye un .pretratamiento, de preferencia una prepulverización mecánica de los sólidos con un picador o un molino o lo similar. Un pretratamiento, particularmen e una prepulverización mecánica, facilita la solubilización de los materiales sólidos en el preacidificador. Las modalidades preferidas del aparato de acuerdo con la presente invención y del método de acuerdo con la presente invención se explican con la ayuda de las figuras acompañantes, en las que: BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS O FIGURAS La Figura 1 muestra una vista en perspectiva tridimensional del aparato de acuerdo con la presente invención. La Figura 2 muestra una vista esquemática en sección del aparato de acuerdo con la presente invención. La Figura 3 muestra una vista esquemática en sección de otra modalidad de acuerdo con la presente invención, y La Figura 4 muestra una vista en sección de otra modalidad de la presente invención. En la Figura 1 se muestra un aparato para la 52/303 preacidificación y la fermentación anaerobica de materiales en una ilustración esquemática tridimensional . El aparato comprende un preacidificador 2, un termentador con una etapa principal de carga 3a y una etapa secundaria de carga 3b y una etapa final de sedimentación 4. Para el funcionamiento de la fermentación anaerobica, la etapa principal de carga 3a y la etapa secundaria de carga 3b se cubren con una lona alquitranada para, por ejemplo, recolectar y almacenar los gases emanantes, la cual no se ilustra en la Figura 1 con el objetivo de ser claros. Esta lona alquitranada adicionalmente puede cubrir la preacidificación 2, cuando, por ejemplo, ocurra la flotación por medio de gas o circulación de gas (no se ilustra) . Entre el preacidificador 2 y la etapa principal de carga 3a se coloca un divisor 17, entre la etapa principal de carga 3a y la etapa secundaria de carga 3b se coloca un divisor doble 18 así como entre la etapa secundaria de carga 3b y la etapa final de sedimentación 4 se coloca un divisor 19, los cuales pueden ser ajustables o fijos . En la porción del preacidificador 2 se pueden colocar agitadores 6, 7 con los cuales se lleva a cabo la agitación en la porción del preacidificador 2. Los agitadores 6, 7 se pueden impulsar mediante un dispositivo 52/303 de control 14 vía una señal o líneas de suministro de potencia 15. Vía una señal o línea de potencia 16, el dispositivo de control 14 también puede estar conectado a una bomba 5c con la cual se realiza el transporte desde el preacidificador 2 hacia la etapa principal de carga 3a vía las tuberías 5a y 5b. En el extremo de una boquilla y de una tubería 5b se colocan, en la porción del preacidificador 2 en la porción superior del preacidificador 2, es decir, por ejemplo, arriba de la parte media a lo largo de la altura del preacidificador 2. La etapa principal de carga 3a así como la etapa secundaria de carga 3b pueden comprender paredes divisorias (no se ilustran) . El divisor doble 18 entre la etapa principal de carga 3a y la etapa secundaria de carga 3b así como el divisor 19 entre la etapa secundaria de carga 3b y la etapa final de sedimentación 4 pueden comprender puertos de transferencia 20 o vertederos de desbordamientos con los cuales los materiales provenientes de la etapa respectiva pueden pasar hacia la etapa posterior. El depósito ilustrado en la Figura 1 se puede incrustar en el triturado que, sin embargo, no se ilustra en la Figura 1 por razones de claridad. Si bien en la Figura 1 el preacidificador 2, termentador 3a, 3b así como la etapa final de sedimentación 4 están acomodadas en un depósito, éstos se pueden colocar 52/303 individualmente en un depósito o tanque . En la Figura 2 hay una vista esquemática en sección del aparato de la Figura 1, en la que se ilustra lona alquitranada 13 , que cubre la etapa principal de carga y la etapa secundaria de carga. Bajo la lona alquitranada 13 el biogas producido puede acumularse para que la lona alquitranada se abulte, tal como se ilustra en la Figura 2. Aún más, en la Figura 2 se ilustra esquemáticamente la inducción de los materiales A y B vía los mecanismos de alimentación 8 y 9 y para B alternativamente vía un pretratamiento 25, respectivamente. Si bien el material fluido A se alimente normalmente a través de una tubería, el material sólido B se puede alimentar vía una banda transportadora o vía algunos recipientes o lo similar. Si el material sólido B está disponible en forma de un material pastoso o hinchado, éste también se puede alimentar vía la tubería 9. En la Figura 2 también se especifica un posible pretratamiento 25 de los materiales sólidos B. En la Figura 3 esquemáticamente se ilustra otra modalidad del aparato 1. Allí se coloca un colador 12 en la entrada de una tubería 5b que sirve de transporte desde el preacidificador 2 hacia la etapa principal de carga 3a. Si bien el colador 12 se coloca allí en una posición aproximadamente media con respecto a la altura vertical del 52/303 preacidificador 2 , también se puede colocar aún más arriba o aún más abajo. El colador 12 es necesario para tener una abertura de malla o un tamaño de abertura de puerto de transferencia, de tal manera que los sólidos B que se alimentan hacia el preacidificador no puedan atravesarlo, siempre y cuando estos sólidos estén insuficientemente preacidificados . En lugar de emplear una tubería 5b y un colador 12 como medios de transporte, también se pueden colocar un colador o una cremallera en un vertedero o solo un vertedero con una válvula que se pueda cerrar de manera automática a través de los cuales los materiales provenientes del preacidificador 2 fluyan hacia la etapa principal de carga 3a. Semejante vertedero se puede colocar, por ejemplo, en el extremo superior del divisor 17 y probablemente se puede cerrar. Los vertederos descritos también se pueden colocar en la parte media o parte inferior del divisor 17. En lugar de emplear un colador 12 , también se puede proporcionar cualquier otro dispositivo adecuado para separar materiales estructurados toscos de materiales suaves o fluidos, como por ejemplo, una etapa de sedimentación intermedia. A partir semejante etapa de sedimentación intermedia, los sólidos se transportarían de regreso hacia el preacidificador 2 de tal modo que 52/303 experimenten una preacidificación adicional. La Figura 4 muestra una modalidad adicional de la presente invención. Es esta modalidad se proporciona una tubería 5e como un medio de transporte, cuyo extremo de boquilla de entrada se localiza en la porción inferior del preacidificador 2. Aún más, se proporciona un dispositivo de flotación 10, 11 con el cual se alimenta aire o gas a través de una tubería 10 que se puede inducir en la porción de fondo del preacidificador 2. Una bomba 5d está conectada vía una señal, una aire comprimido, una línea hidráulica o de potencia, con un dispositivo de control 14 que pueda impulsar la bomba 5d o una válvula automática (no se ilustra) . Aún más, el dispositivo de control 14 está conectado con un agitador opcional 6, 7 y/o con un dispositivo de flotación 10, 11, 21 vía una o más señales, aire comprimido, líneas hidráulicas o de potencia y se puede impulsar con estas mismas . Una primera modalidad del método de acuerdo con la presente invención se explicará con la ayuda de las Figuras 1 y 2. Hacia la porción del preacidificador 2 se alimenta agua de desecho de la elaboración de cerveza (agua de proceso) vía las tuberías 8. El bagazo, levaduras y restos filtrados que adicionalmente surgen en la 52/303 elaboración de cerveza se pueden alimentar, como los sólidos B, hacia la porción del preacidificador 2 sin procesar, completa o parcialmente tratados vía un medio de transporte adecuado, como por ejemplo, tuberías o bandas transportadoras o lo similar. En esta porción, ocurre una fermentación mediante las bacterias acidogenas en ácidos principalmente orgánicos, dióxido de carbono así como en alcoholes. En este punto se alcanza un valor de pH de aproximadamente 6 e inferior o 5.5 e inferior. Para sustentar todo el mezclado, se emplean, por ejemplo, uno o más agitadores 6, 7 en la porción del preacidificador 2. Los materiales A y B se colocan en la porción del preacidificador 2 continua o intermitentemente. Desde el preacidificador 2 puede ocurrir un transporte de los materiales hacia la etapa principal de carga 3a de manera continua o en intervalos. Para este fin, por ejemplo, los agitadores 6 y 7 u otros dispositivos de agitación se interrumpen por medio del dispositivo de control 14. Después de un corto tiempo (de algunos minutos hasta varias decenas de ellos) los sólidos que por lo general están todavía insuficientemente preacidificados se depositan por sí mismos en la porción inferior del preacidificador 2. En la porción superior del reactor, se 52/303 recolectan los materiales fluidos suficientemente preacidificados así como los sólidos impregnados y por lo tanto suficientemente preacidificados . Después de la deposición en la porción del preacidificador 2 que es provocada por una interrupción, por ejemplo, de los agitadores 6, 7, se acciona la bomba 5c via el dispositivo de control 14, la cual transporta los materiales vía las tuberías 5a y 5b desde la porción superior del preacidificador 2 hacia la etapa principal de carga 3a, o el dispositivo de control 14 abre la válvula alternativamente instalada. En la etapa principal de carga 3a y en la etapa secundaria de carga 3b, los materiales preacidificados se fermentan y forman metanato, respectivamente, bajo la formación de biogas los materiales que salen de la etapa secundaria de carga 3b son tratados finalmente en la etapa final de sedimentación 4. Los materiales finales tratados se pueden volver a transportar hacia el proceso, por ejemplo, hacia la etapa secundaria de carga 3b, por medio de la bomba 22 y la tubería 23 o se pueden sacar de una manera controlada como desechos por medio de la válvula.24 El gabazo y los restos filtrados se pueden, por ejemplo, prerastrillar de manera mecánica o de algún otro modo purificar de tal manera que se obtenga un tamaño de grano presente del material sólido. Esto es ventajoso para 52/303 el control controlado del proceso asi como para la preacidificación acelerada de los sólidos. Con la base de la Figura 3, se explicará una modalidad adicional del método. La adición de los materiales A, B hacia el preacidificador 2 asi como la fermentación y la sedimentación final, se realizan de la misma manera que en el procedimiento descrito con la referencia de las Figuras 1 y 2. En este método, los materiales se transportan de manera continua o en intervalos desde el preacidificador 2 hacia la etapa principal de carga 3a con la tubería 5b y una bomba, no se ilustra, a través de un colador 12. El colador 12 retiene los sólidos todavía insuficientemente preacidificados y deja pasar los materiales fluidos e impregnados suficientemente preacidificados . En este punto, se puede realizar la eliminación del preacidificador 2 en la posición media, tal como se ilustra en la Figura 3 , o en una posición aún más arriba o aún más abaj o . Aún más, se pueden proporcionar medios para mantener el colador 12 libre, como por ejemplo, correderas que retiren, en intervalos adecuados, el material que se acumule en el colador. Para este propósito, se puede proporcionar un dispositivo que cree una contracorriente en el colador 12 para que de esta manera se retire el material 52/303 que se acumule del colador 12. El dispositivo de agitación, en este documento los agitadores 6, 7, se pueden accionar o deshabilitar durante la operación de transporte . Utilizando la Figura 4 se explicará una modalidad adicional del método . En este método la alimentación de los materiales A, B y la fermentación y sedimentación final, respectivamente, se realizan de la misma manera antes descrita con la referencia de las Figuras 1 y 2. Para el transporte de los materiales desde el preacidificador 2 hacia la etapa principal de carga 3a, por ejemplo, mediante el dispositivo de control 14 se impulsa la bomba 21 con la cual se bombea aire o gas a través de la tubería 10 hacia la porción inferior del preacidificador .

De allí sale el aire o el gas a través de las salidas 11 de tal manera que ocurre una flotación en el preacidificador 2. En este momento, los sólidos insuficientemente preacidificados flotan hacia arriba. Mientras tanto, con el dispositivo de control 14 se pone en operación la bomba 5d la cual transporta materiales vía las tuberías 5e desde el preacidificador 2 hacia la etapa principal de carga 3a. En este punto, la entrada de la boquilla hacia la bomba 5d yace en la porción inferior del preacidificador 2 , debido a que este punto no hay presentes sólidos insuficientemente 52/303 preacidificados durante la flotación. Sin embargo, la boquilla también puede yacer en la porción media o superior, cuando no se realice la flotación pero sí la sedimentación. Durante el transporte, de preferencia y de manera opcional, se interrumpen los agitadores 6, 7 proporcionados . Con el método descrito anteriormente es posible, por ejemplo, fij r la duración media de residencia de los materiales fluidos A en el preacidificador 2 en aproximadamente 5 a 15 horas, de manera ventajosa en aproximadamente 10 horas, y para fijar la duración media de los sólidos en entre 30 y 150 horas, de preferencia en aproximadamente 100 horas. Con lo cual es posible transportar únicamente los materiales suficientemente preacidificados hacia la etapa principal de carga 3a y sin embargo simultáneamente y conjunta y individualmente el fluido de proceso así como los materiales sólidos A, B. Se debe considerar que con el método anterior es posible la utilización de sólidos para la producción de biogas de hasta 80% y mayor. Mediante la reducción a un reactor en el manejo de materiales orgánicos inherentemente diversos, las ventajas con respecto al aspecto económico, aspectos de procedimiento y/o operacionales son grandes. 52/303

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES : 1. El aparato (1) para la fermentación anaeróbica de materiales (A, B) con: un preacidificador (2) en el cual estos materiales (A, B) se someten a una preacidificación, un fermentador (3a, 3b) en el cual estos materiales preacidificados (A, B) se fermentan, y medios de transporte (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 10, 11, 12, 14, 21) para transportar estos materiales (A, B) desde esta preacidificador (2) hacia este fermentador (3a, 3b) , caracterizado porque estos medios de transporte (5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 10, 11, 12, 14, 21) están formados para selectivamente transportar materiales suficientemente preacidificados (A, B) . 2. El aparato (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque estos medios de transporte (5a, 5b, 5c, 14) comprenden un dispositivo de retiro (5a, 5b, 5c) para la eliminación de la porción superior de este preacidificador (2) , que de preferencia está formado por un vertedero de este preacidificador (2) o mediante un extremo de boquilla de eliminación en la porción superior de este preacidificador (2) . 3. El aparato (1) según la reivindicación 2, caracterizado porque estos medios de transporte (5a, 5b, 5c, 14) comprenden un dispositivo de control (14) para este 52/303 dispositivo de retiro, con el cual se puede impulsar este dispositivo de retiro (5a, 5b, 5c) y, de preferencia, también se puede impulsar un dispositivo de agitación, como por ejemplo, un agitador (6, 7) . 4. El aparato (1) según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque este medio de transporte (5b, 12) comprende un colador (12) . 5. El aparato (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque estos medios de transporte (5d, 5e, 10, 11, 14, 21) comprenden un dispositivo de flotación (10, 11, 21) y un dispositivo de retiro (5d, 5e) en la porción inferior de este preacidificador (2) . 6. El aparato (1) según la reivindicación 5, caracterizado porque estos medios de transporte (5d, 5e, 10, 11, 14, 21) comprenden un dispositivo de control (14) para este dispositivo de retiro (5d, 5e) con el cual se impulsa este dispositivo de retiro (5d, 5e) y de preferencia también se impulsa este dispositivo de flotación (10, 11, 21) . 7. El aparato (1) según las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se proporciona un dispositivo mecánico de pretratamiento y de prerastrillado (25) para solubilizar/rastrillar al menos parte de estos materiales (A, B) . 8. Un método para la fermentación anaeróbica de B2/303 materiales (A, B) con: una preacidificación en la cual los materiales (A, B) se preacidifican con un preacidificador (2) , una fermentación en la cual estos materiales preacidificados (A, B) se fermentan en un termentador (3a, 3b) , y un transporte en el cual se transportan los materiales (A, B) desde este preacidificador (2) hacia este termentador (3a, 3b) , caracterizado porque estos materiales suficientemente preacidificados se transportan selectivamente . 9. El método según la reivindicación 8 , caracterizado porque el transporte comprende dejar que estos materiales se depositen por sí mismos en este preacidificador (2) y una posterior remoción de los materiales desde una porción superior de este preacidificador (2) . 10. El método según las reivindicaciones 8 ó 9, caracterizado porque estos materiales se guian a través de un colador (12) durante el transporte. 11. El método según la reivindicación 8, caracterizado porque el transporte comprende una flotación y un transporte al menos parcialmente simultáneo desde la porción inferior de este preacidificador (2) . 52/303 12. El método según algunas de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque estos materiales (A, B) comprenden fluidos (A) y sólidos (B) . 13. El método según algunas de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado porque al menos parte de estos materiales (A, B) , particularmente estos sólidos (B) se pretratan, de preferencia de manera mecánica se pre-rastrillan antes de que se coloquen en este preacidificador (2) . 52/303