Anàlisi d'alternatives de disseny de digestors anaerobis d'alta càrrega per optimitzar el tractament de residus sòlids de la indústria càrnia

Abstract

La digestió anaeròbia és un procés que consisteix en la descomposició de la matèria orgànica en absència d’oxigen mitjançant microorganismes. El resultat d’aquest procés és un fang més estable i un gas combustible, el biogàs, el qual està format bàsicament per metà (CH4) i diòxid de carboni (CO2). Aquest procés doncs, alhora que és molt útil per a la gestió de residus pot resultar un bon sistema per a la reducció de gasos l’efecte hivernacle ja que el biogàs pot utilitzar-­‐se en substitució dels combustibles fòssils. Aquest procés és àmpliament conegut i aplicat per al tractament de residus líquids semi-­‐líquids, però a l’hora de tractar residus amb elevat contingut en sòlids (com els de la indústria càrnia) es produeixen fenòmens d’inhibició provocats per la hidròlisi dels lípids i les proteïnes que generen àcids grassos de cadena llarga i amoni respectivament. Aquests fenòmens es poden superar amb la utilització de sistemes que permetin mantenir temps de retenció cel·lulars molt és elevats que el temps de retenció hidràulica, el què s’aconsegueix recirculant part del cabal de sortida i permet augmentar la concentració de microorganismes al reactor i el creixement dels organismes oxidants de l’àcid acètic (SAO), que no es veuen inhibits per la presència d’amoni en la digestió anaeròbia. Al mercat existeixen diversos dissenys de reactors, tot i que no tots són adients per al tractament de residus sòlids. D’aquests dissenys, els més interessants per a l’aplicació als subproductes de la indústria càrnia són el reactor continu de mescla completa (CSTR), el reactor de flux en pistó i el reactor estratificat. En aquesta tesina es desenvolupa un model matemàtic senzill per al reactor de mescla completa amb recirculació de sòlids i es plantegen els models per al reactor de flux en pistó i reactor estratificat. A partir de les dades obtingudes de diverses fonts, es realitza una simulació per al reactor continu de mescla completa permeten afirmar que el sistema compleix la condició necessària de mantenir un temps de retenció cel·lular superior a 100 dies per a temps de retenció hidràulica de 30 dies si s’opera amb taxes de recirculació del 50% de cabal d’entrada i augmentant de 2 a 2,5 vegades la concentració de substrat i de microorganismes en el recirculat en relació a la concentració de sortida del reactor. Alhora, es realitza una comparativa dels tres reactors en el qual s’analitzen els avantatges i inconvenients de l’aplicació de cada un d’ells a residu sòlid. Aquest anàlisi posa de manifest que el reactor de mescla completa amb recirculació és el més apropiat donat que és un sistema molt conegut, que es pot mecanitzar més fàcilment i els seus costos de funcionament i manteniment són qualitativament menors que en els altres dos sistemes.