ES1228161U - Sistema de Gestion de Residuos Organicos - Google Patents

Abstract

1. Sistema que permite el tratamiento de la Materia Orgánica Residual (MOR) mediante biometanización, caracterizado por recogida de MOR procedente de dos redes, cocinas y aseos, que tienen elementos que permiten su ventilación en su parte superior y se juntan en su parte inferior en una arqueta/tanque de mezclado y homogeneización, desde el cual la mezcla se desplaza por gravedad mediante conductos hasta la unidad de biometanización.

Description

SISTEMA PARA LA GESTION DE RESIDUOS ORGANICOS

DESCRIPCION

SECTOR DE LA TECNICA

La presente invention se refiere a un sistema para reciclado local de la Materia Organica Residual generada en la edification, obteniendo tres elementos aprovechables: biogas, compost y agua depurada. El sistema incorpora un tratamiento previo de la materia (triturado y mezclado de residuos de cocina. inodoro y papel/carton) que optimiza la production de biogas, reduciendo los tiempos de fermentation anaerobica y mejorando la calidad del compost obtenido.

ESTADO DE LA TECNICA ANTERIOR

La descomposicion de residuos organicos mediante su biometanizacion, para la obtencion de biogas y efluente organico compostable, lleva ya un notable grado de desarrollo tecnico, habiendose propuesto disenos de digestores anaerobicos muy eficientes. El esquema tipo de instalacion para digestion anaerobica de Materia Organica consiste en un reactor de biogas o bio-reactor, donde entra una mezcla de Materia Organica y Agua.

Esta mezcla suele presentarse habitualmente en proportion entre 1:5 y 1:3. Utilizar un ratio mayor de Materia Organica dificultarla la circulation de la mezcla y producirla atascos (en el bio-reactor o en los conductos), mientras que si el porcentaje de Materia Organica fuera menor, obligarla a construir bio-reactores innecesariamente grandes que proveerlan ratios de generacion de biogas reducidos en relacion a su capacidad.

En el bio-reactor se produce la digestion anaerobica de la Materia Organica, generandose biogas. Esta digestion se puede realizar a temperatura ambiente (proceso psicrofllico, e.g., instalaciones en pequenas explotaciones agricolas en palses en vlas de desarrollo), a temperatura en torno a 35°C (proceso mesofllico) o a temperaturas en torno a 55°C (proceso termofllico).

En instalaciones donde lograr temperaturas de 55°C no sea un problema y la Materia Organica Residual incorpore excrementos humanos, se suele considerar el proceso termofllico como el optimo, ya que se logra una elevada produccion de metano en un plazo de tiempo corto, y a la vez se garantiza la ‘pasteurization’ de la materia organica (destruccion de mayor tasa de patogenos).

No obstante, hay que tomar en consideration que el proceso termofliico es mas sensible a la presencia de elementos inhibidores de la fermentation (e.g., amoniaco...).

Del reactor de biogas salen dos fluidos:

• En forma gaseosa, biogas (con un 60-70% de metano y el resto CO2 y otros gases) por un conducto situado en la parte superior

• En forma efluente, digestato, por un conducto situado en la parte inferior, opuesto al conducto de aporte de Materia Organica Residual

Ambos productos pueden ser aprovechados en otros procesos.

El biogas puede ser utilizado o almacenado localmente, o transportado hacia puntos de consumo diferentes

El digestato puede ser utilizado como fertilizante agricola, siendo necesario eliminar primero parte del agua. Para ello existen varios sistemas, siendo habituales el centrifugado, y posterior filtrado (ultrafiltracion y osmosis inversa son los procesos mas comunes de filtrado) y/o evaporation, para conseguir agua que puede llegar incluso a ser potable.

Algunos sistemas incorporan recuperadores de calor del digestato [en sistemas termofllico, el digestato sale del tanque a 55°, por lo que es posible recuperar este calor para el proceso), o recuperan el material de los filtros (ultra-filtrado y osmosis) que reintroducen al bio-reactor o incorporan al residuo para fertilizante.

Opcionalmente, pueden realizarse diferentes adiciones de sustancias que reducen la action de inhibidores (e.g., anadir H2SO4 antes del bio-reactor reduce el impacto negativo del Amoniaco en la formation de biogas), o que incrementan la production de biogas (se esta investigando en la actualidad la posibilidad de anadir nano-partlculas metalicas en el digestor, que podrlan llegar a incrementar la produccion de biogas hasta 3 veces).

EXPLICACION Y OBJETIVO DE LA INVENCION

Se propone un esquema de gestion de la Materia Organica Residual (MOR) en las edificaciones que facilita su tratamiento local mediante digestion anaerobica, obteniendo biogas, compost optimo para su uso como fertilizante, y agua depurada. Es por tanto un proceso que contribuye al cierre de la Materia Organica (MO), la reduction de la dependencia del petroleo (asl como de los impactos medioambientales negativos vinculados a las prospecciones y extracciones petrollferas, e.g., fracking), y de la Huella GEI.

La necesidad -y efecto beneficioso- de cerrar los ciclos de la Materia Organica (MO) eliminando el caracter de ‘residuo’ de una gran cantidad de MOR que se estaba originando en las ciudades fue puesta tan pronto como 1898 por Ebenezer Howard, y con mayor intensidad por numerosos teoricos a lo largo del siglo XX (Odum, William Rees, Girardet,...), siendo una necesidad ampliamente aceptada en la actualidad. Para lograrlo, es necesario disenar circuitos que permitan reutilizar la Materia Organica Residual de origen humano, que se produce fundamentalmente en espacios agricolas -sean de production o de procesamiento posterior- y edificios con instalaciones de hostelerla y residenciales.

Sin embargo, el analisis del estado de la tecnica muestra un desigual desarrollo de los sistemas de reciclado de MOR. Mientras ya existen sistemas eficientes de reciclado de la MOR disponibles para su implementation en explotaciones ligadas a la agricultura y sector alimentario, se echa en falta propuestas para su reciclado en otros tipos de edification, y mas concretamente en edificacion no industrial ni agricola, donde es generada gran cantidad de MOR. No encontramos en la actualidad propuestas de reciclado de la MOR en edificacion residencial (hotelera, hospitalaria, vivienda colectiva) o de ensenanza (institutos, colegios, universidades), donde los servicios de comedor a veces generan elevada cantidad de MOR, que se suma a la generada por el uso habitual de los inodoros.

Por ello, se propone un sistema que facilitar el cierre del ciclo de la MO. El sistema esta disenado especialmente para edificios que implican usos con elevada y constante ocupacion: colegios, residencias, hoteles, carceles y viviendas colectivas. Tambien puede implementarse en viviendas unifamiliares o en establecimientos aislados que producen mucha materia organica (e.g., restaurantes).

El sistema plantea la recogida de la gran mayorla de MOR producida en estas edificaciones, considerando dos puntos principales de generation: espacios de cocina y aseos (inodoros), su procesado y mezclado, y posterior digestion anaerobica. Se plantea la recoleccion y mezcla de ambos tipos de MOR para aprovechar las ventajas de su tratamiento conjunto, como son:

• La elevada presencia de bacterias de digestion anaerobica en los excrementos humanos facilita la digestion de los restos de cocina, en los cuales la presencia de dichas bacterias es muy reducida.

• El mayor aporte de Carbono de los residuos de cocina facilita un residuo con un mayor equilibrio C:N, y por tanto, mayor aptitud como fertilizante.

Complementariamente, se plantea la introduccion en el proceso de un porcentaje del papel/carton residual generado en la edificacion, con el objetivo de optimizar el ratio C/N del fertilizante resultante. Para ello, en instalaciones en viviendas, se recomienda a los usuarios verter en el punto situado en el espacio de la cocina entre el 15-20% de la produccion de papel/carton desechado (escogiendo el residuo de peor calidad y con menor tasa de blanqueador -a ser posible carton en bruto- que contiene menos inhibidores y ademas es mas diflcil de reincorporar al ciclo de reciclado del papel/carton, y libre de elementos extranos no organicos -e.g., grapas...-), lo que contribuira a optimizar el contenido C/N del compost resultante. En instalaciones en otros tipo de edificaciones, es necesario estudiar la production de alimentos, heces y papel/carton residual local, para estimar cual es el porcentaje optimo de papel/carton residual para incorporar al sistema.

Previo al mezclado de estos tipos de MOR, se realiza un tratamiento de los residuos generados en las cocinas y papel/carton, mediante su triturado. Este tratamiento tiene dos objetivos:

• reducir el tamano de las partlculas, lo que nos permite que su transporte se realice mediante la red de saneamiento, evitando su obturation.

• incrementar exponencialmente su superficie de exposition a la action de las bacterias, reduciendo el tiempo de digestion, y por consiguiente, el volumen del bio­ reactor.

La mezcla anterior, ya triturada y homogeneizada se conduce desde una arqueta/tanque mezclador hasta la unidad de biometanizacion. De esta forma, la MOR que llega a los reactores de biogas cumple dos caracterlsticas:

• La mezcla presenta un contenido en materia solida/agua de aprox. 1:4, que se considera optimo para poder ser conducida por gravedad y/o bombeo, y no producir atascos en el sistema.

• Los residuos vegetales, animales frescos y papel/carton se han triturado hasta tener un tamano reducido, aumentando exponencialmente la superficie de degradation por accion de las bacterias, por lo que el tiempo necesario de descomposicion y fermentation anaerobica se reduce de manera tambien exponencial.

• Incorpora excrementos que ya estan en fase de fermentacion anaerobica (incorporan bacterias de fermentacion anaerobica) acelerando el subsiguiente proceso de biometanizacion y compensando la perdida de bacterias en el efluente del bio­ reactor.

En cuanto a los productos obtenidos del proceso, todos ellos pueden poseer la naturaleza de recurso apto para su utilization en otros procesos:

• El biogas generado puede utilizarse localmente, o venderse a algun agente exterior.

• El efluente puede ser utilizado como fertilizante agricola, siendo asl reincorporado al ciclo de la Materia Organica, sustituyendo abonos qulmicos que dejan de ser necesarios.

• Adicionalmente, el agua podrla depurarse en profundidad mediante algun proceso complementario, o verterse a la red de alcantarillado, pero con una carga organica muy reducida.

De esta forma, se contribuye a cerrar practicamente el ciclo de la Materia Organica en la edification (solamente se excluye el 80% del papel-carton, cuyo ciclo se debe cerrar mediante los sistemas habituales de reciclado), eliminado as! el concepto de Materia Organica Residual, con grandes ventajas medioambientales:

• Reduction de un gran porcentaje (en volumen, pero tambien en peso) de la bolsa domestica de basura, y por tanto del esfuerzo de su transporte a vertedero. Adicionalmente, al eliminar los restos organicos de la bolsa de basura reducimos la necesidad (frecuencia) de recogida de basura en las ciudades, al eliminar el riesgo sanitario por la acumulacion de materia organica en descomposicion.

• Elimination del vertido de Materia Organica a vertederos, y por tanto de las emisiones de CH4 generadas en vertederos por su descomposicion, con la consiguiente reduccion de la Huella GEI.

• Notable reduccion de huella de Energla y GEI, si el biogas producido se utiliza para sustituir otras fuentes de Energla no Renovable.

• Reincorporacion de la Materia Organica al ciclo mediante su uso como compost agricola, eliminando la necesidad de abonos artificiales. Los suelos son uno de los mejores sumideros de carbono, y fertilizar el suelo mediante compost es una forma de aprovechar el suelo como ‘sumidero de carbono’. Anadir el porcentaje de papel/carton explicado, incrementa el contenido en carbono del compost resultante, y con ello la funcion de ‘sumidero de carbono’.

• Enorme reduccion de la Huella Gris de las ciudades (causada en la actualidad sobre todo por el vertido de Materia Organica en el saneamiento) y apreciable reduccion de la Huella Gris de la agricultura (causada sobre todo por el uso de abonos artificiales llquidos, que contaminan tanto aculferos superficiales como subterraneos).

Adicionalmente, el biogas y compost generados presentan elevada facilidad de comercializacion, mientras que la gran reduccion de la cantidad de residuo que es necesario transportar a vertedero implica una importante reduccion de gasto en recogida de basuras. Todo ello implica que existe un beneficio economico apreciable, una parte importante del cual es incremento del PIB (transformar residuos en recursos), contribuyendo a reducir la importante insostenibilidad economica actual de la sociedad espanola.

Se trata por tanto de un esquema con notables implicaciones para la reduccion de la actual elevada y creciente insostenibilidad de nuestras ciudades en sus tres dimensiones:

• Medioambiental, vinculada a la excesiva huella de energla (con su dependencia del exterior e impactos negativos asociados a nuevas prospecciones de petroleo); a la excesiva huella GEI (vinculada al Cambio climatico, cuyos efectos empiezan a ser apreciables en algunas partes del planeta), a la eutrofizacion debido a la contamination por huella gris de aculferos (e.g., Mar Menor en Murcia),

• Social, ya que el aprovechamiento de los actuales ‘residuos organicos’ supone la conversion de ‘basura’ en ‘riqueza’ contribuyendo a paliar la actual y creciente pobreza energetica, maxime por la posibilidad de aprovechamiento del biogas generado en el proceso.

• Economica, ya que la implantacion del sistema propuesto supone la creacion de riqueza neta, y por tanto un aumento neto del PIB, junto con la creacion de numerosos puestos de trabajo sostenibles, y la reduccion de los costes de gestion de los municipios, al reducir mucho el coste destinado a la gestion de los RU.

Hay que tener en cuenta que establecer un ciclo propio y diferenciado de la Materia Organica Residual en origen implica incrementar notablemente las tasas de reciclado respecto a los sistemas que separan en vertedero, que se enfrentan a problemas de presencia de impropios que dificultan el proceso de biometanizacion, etc...

DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

Figura 1, esquema de unidad de fregadero para instalar en punto de vertido de agua y residuos organicos.

Figura 2, esquema tipo de instalacion en restaurante.

Figura 3, esquema tipo de instalacion en edificio uso Ensenanza (Colegio, Instituto, Universidad,...), Cuarteles, Carceles. En edificios de uso hotelero u hospitalario, hay que prevenir el vertido de sustancias toxicas, o limitar el uso posterior del compost a cultivos no alimentarios (e.g., energeticos).

Figura 4, esquema tipo de instalacion en edificio de vivienda colectiva

Figura 5, esquema de funcionamiento de unidad de biometanizacion tipo.

Nota: Los esquemas tienen caracter ilustrativo y no limitativo.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION

Se describe la instalacion en un edificio de viviendas con prevision de locales comerciales en planta baja y azotea accesible.

Se dispone en cada cocina de un punto de vertido de materia organica residual [sobras de alimentos cocinados o sin cocinar] (1). El usuario vierte en este punto la MOR, que llega a un triturador (2), desde el cual la mezcla de MOR triturada y agua se desplaza por gravedad hasta una red de bajantes exclusiva (4). Este punto de vertido se diferencia por tanto del punto de lavado de utensilios o platos (3), que vertera de manera separada a la red de saneamiento (5) dificultando asl la entrada de sustancias inhibidoras de la digestion anaerobica -e.g., detergentes, lejias...-.

Los excrementos son recogidos desde los propios inodoros (6), conectados a una red de aguas negras (7) que los conduce hasta una arqueta de retention de cuerpos extranos (8) y posteriormente un triturador (9).

En Planta Baja, se dejan puntos de prevision de conexion (10) a la red (4) donde se prevea la ubicacion de cocinas, y de conexion (11) a la red (7) en zonas donde se prevea la ubicacion de Aseos.

Las dos redes (4) y (7) que llevan la MOR, tienen elementos que permiten su ventilation en el nivel superior (12) y se juntan en su parte inferior en una arqueta/tanque de mezclado y homogeneizacion (13), desde el cual la mezcla se desplaza por gravedad mediante conductos (14) hasta la unidad de biometanizacion (15). El diseno de esta unidad puede variar segun el tipo de edificio y ubicacion concreta.

Un sistema tipo puede ser (se proporciona a continuation una description de un bio-reactor de dos fases, pero pueden disenarse sistemas de bio-reactor una fase, o de otros tipos):

• Dos tanques digestores (15A y B) en serie para maximizar la extraction de biogas.

La entrada del efluente desde la arqueta mezcladora se produce al tanque 15a (15.1), y al menos el tanque 15B debe tener proceso de digestion termofilo a 55°C, para garantizar el pasteurizado del residuo e ‘inocuidad’ del efluente en la salida (15.3). • Ambos tanques tendran una salida una salida en su parte superior por la cual sale el biogas (15.2) que se genera, que se almacena localmente en un deposito (16) desde el cual se canaliza hacia una red externa que permita su distribution (16.1), o se suministra (16.2) para generation local de energla (17). En este ultimo caso, el biogas puede utilizarse para la generacion local de calor -que puede suministrarse a los tanques de biometanizacion (17.1) o en las fases de evaporation posterior del efluente (17.2) - o electricidad, en cuyo caso puede verterse a una red externa (17.3).

• El tanque de biometanizacion 15A tendra tambien una salida en su parte superior, para que el efluente se desplace hasta el tanque 15B (15.A.1). Este segundo tanque, tendra a su vez una tendra una salida en su parte inferior y opuesta a la entrada del afluente (15.B.1). El efluente de este tanque es inerte, y procederemos a tratarlo para su separation en compost y agua (18). Para ello, se realizan dos etapas:

^o Separacion de la parte mas gruesa del residuo solido del agua mediante centrifugado (18 A)

^o Separacion de los solidos finos mediante un filtrado (18B) -puede incluir a su vez dos etapas, por ejemplo un ultrafiltrado y osmosis inversa-.

Tras este proceso obtenemos un residuo solido, que podremos comercializar como fertilizante (18.1) y una parte liquida (agua) que podemos aprovechar para usos secundarios o verter a la red de alcantarillado (18.2), o derivar (18.3) a un tratamiento de depuracion mas intenso (19) -e.g., mediante evaporation al vacloobteniendo agua depurada (19.1).

Claims (3)

REIVINDICACIONES

1. Sistema que permite el tratamiento de la Materia Organica Residual (MOR) mediante biometanizacion, caracterizado por recogida de MOR procedente de dos redes, cocinas y aseos, que tienen elementos que permiten su ventilacion en su parte superior y se juntan en su parte inferior en una arqueta/tanque de mezclado y homogeneizacion, desde el cual la mezcla se desplaza por gravedad mediante conductos hasta la unidad de biometanizacion.

2. Sistema que permite el tratamiento de la Materia Organica Residual (MOR) mediante biometanizacion, segun reivindicacion 1, caracterizado porque la recogida de MOR en la primera red se realiza en puntos de vertido de alimentos y ciertos tipos de carton/papel en fregaderos de cocinas, pasando posteriormente por un triturador, desde el cual la mezcla de MOR triturada y agua se desplaza por gravedad hasta una red de bajantes exclusiva.

3. Sistema que permite el tratamiento de la Materia Organica Residual (MOR) mediante biometanizacion, segun reivindicacion 1, caracterizado porque la recogida de MOR en la segunda red se realiza a partir de excrementos recogidos desde los propios inodoros, conectados a una red de aguas negras que los conduce hasta una arqueta de retencion de cuerpos extranos y posteriormente a un triturador.