Las plantas de tratamiento de aguas residuales adoptan el biogás para la energía renovable

Imagínese una planta de tratamiento de aguas residuales que no sólo purifica las aguas residuales, sino que también genera su propia energía, incluso convirtiéndose en un proveedor de energía local.Pero esta visión se está convirtiendo rápidamente en realidad..

A nivel mundial, los procesos mecánicos y biológicos dominan el tratamiento de las aguas residuales urbanas. Aunque las instalaciones modernas eliminan eficientemente los contaminantes, producen un subproducto a menudo pasado por alto: el lodo.Este residuo modestoPara aprovechar su valor, los lodos deben primero ser tratados para eliminar más del 95% de su contenido de agua, contaminantes, patógenos y olores.

El tratamiento eficaz de los lodos debe cumplir varias normas ambientales y operativas críticas:

• Eficiencia de los costes:Equilibrio entre la inversión y los gastos operativos.
• Optimización de la energía:Minimizar el consumo mientras se maximiza la energía auto-generada.
• Reducción del volumen:Disminución de la cantidad de lodo.
• Mejora de la calidad:Mejora de los lodos para su reutilización.
• Seguridad del medio ambienteAsegurar que los efluentes tratados cumplan con estrictas normas de descarga.

Dos enfoques principales predominan en el tratamiento de lodos:

• Estabilización aeróbica:Utiliza oxígeno en tanques de lodo abiertos pero requiere espacio y energía significativos para la aireación.
• Estabilización anaeróbica:Se prefiere para plantas medianas a grandes debido a los costos más bajos, mayor eficiencia energética y beneficios ambientales.Algunas instalaciones combinan ambos métodos para obtener resultados óptimos.

A medida que las demandas de energía aumentan y las regulaciones de carbono se endurecen, la digestión anaeróbica ofrece beneficios convincentes:

• Reduce la materia orgánica en ~ 50%, convirtiéndola en biogás combustible.
• Produce energía renovable y reduce la dependencia energética externa.
• Disminuye los costes operativos y los requisitos de suelo.
• Mejora el control de olores, la higiene y el impacto climático a través de un mejor CO₂el equilibrio.

El espesamiento del lodo de preestabilización reduce el volumen, mejora la eficiencia del reactor e incrementa la producción de biogás.y resistente a la corrosión al tiempo que facilita la fácil carga y mantenimiento.

El control de temperatura y el tiempo de retención son críticos. Los sistemas tradicionales utilizan tanques sépticos para una fermentación de ~ 20 días, produciendo biogás (50-70% de metano) para electricidad.Los sistemas emergentes de alta temperatura (> 53°C) reducen el tiempo de procesamiento a 15 días o menosLos factores operativos clave incluyen:

• Mezcla de lodo mediante agitadores, bombas o inyección de gas.
• Prevención de la estratificación del lodo.
• Calentamiento del reactor, idealmente utilizando el calor residual.

Después de la estabilización, el lodo puede deshidratarse hasta un contenido sólido del 20-35% (o del 95% con secado) para su uso como fertilizante o combustible agrícola.Los tratamientos adicionales como el secado térmico (> 80°C) o el ajuste de cal (pH ≥ 12) aseguran la eliminación del patógeno..

Con ~6,5 kWh/m³En el caso de los biogás, la eficiencia térmica (más de la mitad del valor energético del gas natural) puede ser la de las plantas de tratamiento o de las redes de alimentación mediante:

• Sistemas combinados de calor y energía (35-40% de electricidad, 60% de recuperación de calor).
• Uso directo en motores de gas.
• Generación de vapor o agua caliente.

Las grandes plantas pueden alcanzar una autosuficiencia energética del 100%. La producción de biogás depende de la descomposición microbiana: las bacterias formadoras de ácidos descomponen los compuestos orgánicos en compuestos más simples,que los metanógenos luego se convierten en metano y CO₂.

Aunque algunas plantas utilizan el biogás de forma insuficiente, los sistemas optimizados, como los digestores a vapor de Moscú o la tecnología de hidrólisis térmica de Noruega, demuestran su potencial.

• Mejora de la digestión:Doblar el rendimiento del biogás mediante la separación de las fases de hidrólisis y metano.
• Hidrólisis térmica:Usando vapor de alta presión para descomponer el lodo, reduciendo el volumen en un 50% y triplicando la producción de metano.

La producción de biogás ofrece beneficios medibles:

• Reduce las emisiones de metano del almacenamiento abierto de residuos.
• Cortes de CO₂y la contaminación por nitrógeno.
• Protege los recursos hídricos y los bosques.
• Disminuye el uso de fertilizantes sintéticos.

A pesar de su promesa, el biogás se enfrenta a obstáculos:

• La combustión no elimina por completo las emisiones de efecto invernadero.
• La disponibilidad de materias primas orientadas al campo limita la escalabilidad urbana.
• Los altos costes iniciales de los sistemas a pequeña escala pueden incentivar los cultivos energéticos ecológicamente riesgosos.
• Los contaminantes del biogás (por ejemplo, mercurio, compuestos de plomo) requieren una filtración más estricta para cumplir con las normas de calidad del aire.

Sin embargo, a medida que avanza la tecnología, los sistemas de biogás están listos para desempeñar un papel cada vez mayor en la gestión sostenible de residuos y la producción de energía renovable en todo el mundo.