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Codigestión a escala real en Sevilla

Fernando S. Estévez Pastor. Jefe Aguas Residuales. EMASESA


Índice Introducción Pasado

Gestión para autorización. Periodo de pruebas. Puesta en servicio.

Presente Toneladas de residuos tratados. Cosustratos: tipología y resultados. Incremento de Gas. Incremento de energía eléctrica.

Futuro Posible aplicación a pequeñas EDAR. Digestores de sacrificio. Nuevos cosustratos. Proyectos de I+D+i

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EDAR Ranilla

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EDAR Copero

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EDAR Convencional (siglo XX)

EDAR CONVENCIONAL

Agua Residual

Agua Tratada

Energía Eléctrica

Lodos

(C, N, P)

CO₂

Flotantes Arenas Residuos

RR.HH.

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Bíorefinería: un nuevo concepto de EDAR

EDAR XXI BIORREFINERÍA

Agua Residual

Agua Tratada

Aguas Residuales

Lodos

Agua Regenerada

Urbana Agrícola Industrial Recreativa Ambiental

Gas

Estruvita (P) Arenas N₂

EE

Flotantes Residuos

Residuos

Residuos (Sustratos)

RR.HH.

Camiones de Limpieza Arenas Otros…

CO₂

RR.HH.

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Introducción

Datos en kWh El consumo de energía eléctrica aumentó en un 3% Se produce un 23% de energía eléctrica más que en 2014

2014 2016

Consumo EMASESA ciclo integral 49.798.197 49.988.358

Consumo EDAR 29.101.322 29.898.196

Generación EDAR 14.210.349 17.486.980

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Introducción: costes Costes aproximados por tamaños de EDAR.

m³/d €/m³

110.000 0,078 €

50.000 0,111-0,133 €

25.000 0,199 €

5.000 0,251 €

500 0,333 €

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Introducción: reparto de costes (%) 130.000 m3/d 50.000 m3/d 10.000 m3/d

Personal 44 47 53

Energía eléctrica 15 19 32

Mantenimiento 9 9 6

Conservación 5 8 1

Reactivos 8 5 2

Residuos 2 2 1

Vigilancia 5 4 1

Mejoras 4 3 2

Otros (ensayos …) 8 3 2

G. G. y B. I. +19 +19 +19

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Introducción: objetivos

Hacia el “coste cero” de la EDAR

Autosuficiencia energética

Formación y Capacitación de personal

Automatización

Gestión RNP

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Codigestión: requisitos Suficiente capacidad de los digestores (evitar la sobrecarga orgánica).

Suficiente capacidad de la red de gas de digestión, de tratamiento,

almacenamiento y cogeneración.

Que el sustrato no afecte al proceso de tratamiento de la EDAR.

Realizar un estudio experimental previo.

La tecnología adecuada para la recepción de los sustratos, la manipulación y tratamiento previo.

Suministro constante y relación contractual a largo plazo con los proveedores de los sustratos.

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Periodo de pruebas

Volumen del digestor: 0,450 m³

Altura total: 5 m. Altura útil: 4,60 m Temperatura constante mediante

recirculación de agua caliente Recirculación del fango por bomba

externa Alimentación de fangos y sustratos

mediante bomba de impulsión Sifón en la parte superior, para la

salida del fango digerido por rebose Medición de gas por contador (salida

de gas superior) Cuadro de maniobra y operación.

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Periodo de pruebas: Producción gas real/teórico (planta piloto).

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Pruebas codigestión planta piloto

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Periodo de pruebas: Resumen de experiencias en planta piloto.

DQO mg/L INCIDENCIAS EN LA EXPERIENCIA

65 000 J producción gas = parámetros de control

38 000 # mejora en capacidad tampón = parámetros de control

48 500 K producción gas # progresivo de AV/Alc N

21 500 # producción gas = parámetros de control

297 000 # producción gas J Sulfuro de hidrógeno # acidificación.

122 000 # producción gas: = parámetros de control

101 000 J Anhídrido carbónico y Sulfuro de hidrógeno # Acidificación N


37 500 K producción gas inferior al teórico J calidad CH4 y H2S # AV/Alc.


18 000 $ producción gas = parámetros de control

35 000 Se utiliza como cosustrato.

PRENSADO DE NARANJA

LODOS MATADERO

FANGOS MIXTOS

AGUAS GLICEROSAS

ACEITES Y GRASAS DOMESTICOS

AGUAS DE PRODUCCION DE ESENCIAS

AGUAS LÁCTEAS

LODOS REFINADO ACEITES

SUSTRATO

AGUAS AZUCARADAS

AGUAS GRASAS

LIXIVIADOS VERTEDERO

AGUAS FABRICACIÓN MARGARINA Y SALSAS

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Puesta en servicio: evolución planta real.

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EMASESA, Gestor de RR No Peligrosos

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Valorización de residuos Agroalimentarios. Alcance de la autorización:

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Valorización de residuos Agroalimentarios. Alcance de la autorización:

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Alta carga orgánica Que mantengan o

favorezcan el equilibrio de nutrientes

Preferentemente poca concentración de sulfatos

No contengan tóxicos para la digestión

anaerobia

Industria agroalimentaria

Producción de biocombustibles

Residuos municipales

Residuos de la cadena

alimentaria

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Instalaciones. Nuestras instalaciones disponen de depósitos de almacenamiento y sistemas de bombeo para

incorporar los sustratos líquidos a la digestión. Con el objeto de poder recibir residuos sólidos, también tienen planta de triturado y compactación de los mismos, única en el sector y que proporciona un servicio específico para estos residuos.

Estación de

Bombeo DA

=

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Instalaciones.

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Toneladas de sustratos tratados (Copero)

0

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

80.000

90.000

100.000

2.011 2.012 2.013 2.014 2.015 2.016 2.017Copero - 11.920 9.445 18.448 31.608 58.819 78.440

Re

sid

uo

s co

dig

est

ión

(t)

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Cosustratos: tipología y resultados DQO mg/L INCIDENCIAS

80 000 Gas

50 000 Gas

275 000 Gas

28 500/50 000 Gas

28 500/106 000 Gas

103 000 Gas

35 000 Sustrato

SUSTRATO

AGUAS GLICEROSAS

AGUAS AZUCARADAS

AGUAS GRASAS

ACEITES Y GRASAS DOMESTICOS + LIXIVIADOS ALIMETARIOS

FANGO MIXTO

ACEITES Y GRASAS DOMESTICOS + AGUAS GRASAS

PRENSADO DE NARANJA

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Valorización de residuos Agroalimentarios. Sustratos tratados en la actualidad:

LER Descripción del residuo Estado Origen del residuo 020304 materiales inadecuados para el consumo y la elaboracion liquido lixiviado de frutas 020305 prensado de pulpa y hueso de aceituna sólido aceituna de mesa 020305 lodos de tratamiento in situ de efluentes liquido aceituna de mesa 02 03 05 lodos de tratamiento in situ de efluentes liquido germinacion de la cebada 020399 residuos de la preparación de aceites no especificados en otra categoria liquido fabricacion aceite

190809 mezcla de grasas y aceites procedentes de la separación de agua/sustancias aceitosas que contienen solo aceites y grasas

liquido separadores de grasas de locales de restauracion





020125 Fracciones de recogidas selectivamente. Aceites y grasas comestibles. liquido limpieza de separadores de grasas de locales de restauracion

190814 residuos líquidos acuosos distintos a los especificados en el código 161001 liquido procesamiento de subproductos cárnicos 161002 residuos líquidos acuosos distintos a los especificados en el código 161001 liquido procesamiento de subproductos cárnicos 020204 lodo del tratamiento in situ de efluentes liquido matadero de aves

190812 lodos procedentes del tratamiento biológico de aguas residuales industriales, distintos de los especificados en el código 190811

liquido matadero de aves

020502 lactoruero liquido fabricacion de quesos 020204 lodo del tratamiento in situ de efluentes liquido matadero de aves 020502 lactoruero liquido fabricacion de quesos 020502 lodos de tratamiento in situ de efluentes liquido fabricacion de quesos

190814 lodos procedentes de oytos tratamientos de aguas residuales industriales, distintos de los especificados en el código 190813

liquido fabricacion de quesos

020502 lactoruero liquido fabricacion de quesos 020704 materiales inadecuados para el consumo y la elaboración liquido material no conforme

190814 lodos procedentes de otros tratamientos de aguas residuales industriales, distintos de los especificados en el código 190813

liquido Aguas residuales procedentes de lavados de conducciones internas.


liquido fabricacion biodiesel

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Sustratos codigestión

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0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

2.011 2.012 2.013 2.014 2.015 2.016 2.017Copero 4.114 4.542 4.176 4.248 4.948 5.043 5.309

Pro

du

cció

n g

as a

nu

al

(Mile

s N

m³)

Incremento de Gas (EDAR Copero)

25,5 %

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Incremento de EE (EDAR Copero)

0,000

2,000

4,000

6,000

8,000

10,000

12,000

2.011 2.012 2.013 2.014 2.015 2.016 2.017Copero 8,315 9,469 8,418 8,651 10,127 10,409 11,052

Ene

rgía

an

ual

(G

Wh

) 21,2 %

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Resultados EDAR Copero (real)

SustratoTeórico sin

sustratoTeórico con

sustrato Real con sustratoIncremento de gas

por codigestión m3/dia

Incremento energia por codigestión

Nm3 Nm3 Nm3 Nm3 kWh/dAZ 12.175 12.355 12575 400 800FG 1 11.687 12.527 13198 1.511 3.022FG1 + FG 2 9.661 10.965 11360 1.699 3.398FG1 + FG 2 + PM + B + AC 10.228 12.124 12547 2.319 4.639AC + B 10.087 10.345 10935 848 1.697FG 2 + AC 10.070 10.609 11420 1.350 2.700FG1 + FG2 + AC 10.126 11.616 13109 2.983 5.966FG1 + FG 2 +AC+ PC 9.869 14.201 15482 5.613 11.226PC 9430 11873 12084 2.654 5.308

Producción de gas

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Producción EE (EDAR Copero)

2014 2015 2016 2017 Energía consumida kwh/año 5.202.488 13.934.326 13.647.063 13.517.739

Energía generada kwh/año 2.998.824 10.127.431 10.408.600 11.052.432

% Energía generada 58 73 76 82

% Energía generada sin sustrato 48 49 49 46

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Residuos 2017

50,68%

28,67%

9,86%

6,17%

2,96% 0,96%

0,70%

Subproductos cárnicos Fabricacion quesos

Mataderos de aves (lodos) Grasas restauracion

Lixiviado de frutas Aceituna de mesa

Fabricacion biocombustible

97%

3%

liquidos

solidos

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Posible aplicación a pequeñas EDAR «Minidigestión». Autosuficiencia energética. Aprovechamiento calorífico de excedente de gas. Gestión RNP.

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EDAR Mairena – Viso del Alcor

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Ejemplo: autosuficiencia energética de una pequeña EDAR

Datos año 2 016 Valor

Caudal Espesador biológico (m3/d) 111

MS (%) Espesador biológico 2,2

MV (%) Espesador biológico 72

Caudal Tratado (m³/d) 5.497

Energía Consumida (kWh/d) 2.502

Caudal diario (m3/d) 5.450

Caudal diario de diseño (m3/d) 9.220

h-e diseño 41.000

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Actual Autosuficiencia

Volátiles entrada DA (kg/d) 1.758

Volátiles salida DA (kg/d) 967

Eliminación de volátiles (kg/d) 791

Producción de gas (Nm3/d) 791

Producción de EE (kWh/d) 1.582

Defecto EE Producida (kWh/d) 920

Defecto gas necesario (Nm3/d) 460

Defecto en kg DQO/d 852

Sustrato necesario en m317

(*) En digestión anaerobia se supone una eliminación del 45% en volátiles.

Cálculos para Autosuficiencia

2 kWh ≈ 1 Nm3

111 m3/d x 22kg/m3 x 72%

1758 kgMV/d x (1-0,45)

Defecto gas necesario (Nm3)

0,54 Nm3 gas kgDQO= Defecto en kg DQO

1 Nm3 gas / kg MV

50 000 mg/L de DQO

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Tipos de sustratos para autosuficiencia

Tipo de SustratosDQO aprox.

(mg/L)m3/d

Glicerinas 1.300.000 0,66

Productos alimenticios caducados 150.000 5,70

Lactosuero 140.000 6,10

Grasas animales 50.000 17,00

Aguas azucaradas 50.000 17,00

Aceites usados alimentación 30.000 28,40

Defecto gas necesario (Nm3/d) 460

Defecto en kg DQO/d 852

Sustrato necesario en m317

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Diseño digestor + generación

Coste digestor (tr) 25 días (aprox. 3 000 m3) 600 000 €

Coste instalación generación EE 300 000 €

Ahorro energético diario en kWh 2 502 kWh

Ahorro energético año en Euros (0,13 €/kWh) 118 720 €

Amortización del digestor 7,6 años

(Sin contar ingresos por sustratos, ni mantenimiento de equipos).

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Digestores de sacrificio Los llamados digestores de sacrificio constituyen una alternativa para el

tratamiento de determinados residuos de baja digestibilidad y poca producción de gas, pero de importante beneficio económico para la EDAR.

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Nuevos cosustratos

Mejoras en la gestión de residuos: Gestión de residuos autorizada. Trazabilidad en la gestión de residuos.

Codigestión “a la carta”.

Autosuficiencia de costes.

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Proyectos e I+D+i Nuevos cosustratos (proyecto I+D+i)

Mayor producción de gas (excedentes) y aprovechamiento

calorífico

Purificación y suministro de gas al exterior Exportación de EE redes EMASESA

Hidrólisis térmica.

Residuos menos deseados (digestores de sacrificio).

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Codigestión: ventajas En las EDAR de la metrópoli de Sevilla, se puede producir un adicional de EE de unos 14,6 GWh/año. Bastaría con admitir 50 m³/d de sustratos con DQO 100 g/L, tal como se muestra en el cuadro contiguo.

Unidades Valor

Energía necesaria GWh/año 14,6

Conversión gas - energía Nm³/kWh 0,5

Conversión DQO - gas kg DQO/Nm³ gas 0,25

DQO necesaria kg/año 1,81 * 10E6

DQO necesaria (100.000 mg/L) m³/año 1,81 * 10E4

DQO necesaria (100.000 mg/L) m³/día 49,7

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Sustratos para autosuficiencia

Analizados en laboratorio y en la planta piloto.

Tipo de SustratosDQO aprox.

(mg/L)m3/d

Glicerinas 1.300.000 62 Productos alimenticios caducados 150.000 533 Lactosuero 140.000 571 Grasas animales 50.000 1.600 Aguas azucaradas 50.000 1.600 Aceites usados alimentación 30.000 2.667

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Codigestión: ventajas

Valorización de residuos que irían a vertedero u otros destinos. Mejora de eficiencia energética en EDAR (menor consumo EE). Cogeneración en EDAR (más calor y menor consumo EE). Mejora en el proceso de digestión anaerobia y deshidratación. Mejora medioambiental (blanqueo y legalización) de residuos.

Menores costes de depuración.

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Conclusiones La codigestión es viable a escala real y conlleva un aumento significativo en la producción

de gas de digestión.

La codigestión ha probado ser un buen sistema para la gestión de residuos, especialmente agroalimentarios, permitiendo seguir su trazabilidad.

Las experiencias de codigestión realizadas con varios sustratos a la vez, nos indican que puede realizarse una codigestión “a la carta” en función de las necesidades y sustratos disponibles.

La codigestión de residuos agroalimentarios produce una mayor cantidad de gas de digestión, hasta autosuficiencia energética (energía eléctrica y calor) en la EDAR. Incluso se podrían producir excedentes de energía para exportar a la red eléctrica exterior.

La gestión de residuos que sirvan como sustratos para la codigestión debe realizarse a costes razonables y, si es posible, con autosuficiencia y beneficios en costes.

Las experiencias llevadas a cabo permiten la difusión de conocimientos sobre codigestión y mejora en la gestión de residuos a nivel autonómico.

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Conclusiones La codigestión: en la actualidad se le reconoce un gran potencial, por sus

efectos sobre la producción de energía (EE y calor).

Los sustratos con alta carga contaminante y muy biodegradables En tienen una gran actividad en la codigestión.

Aunque lo más importante sea la producción de energía, en la mayoría de los casos se obtienen operaciones más estables y se ahorra espacio para la gestión de residuos.

En EDAR Copero se mantienen recuperaciones continuadas de EE superiores al 90 %, alcanzando picos del 96 %. (máx 40.000 kWh/día).

Viabilidad de lo que denominamos digestores “sacrificio” (actualmente trabajando a escala de laboratorio).

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Fernando S. Estévez Pastor. Jefe Aguas Residuales. EMASESA

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