TP Nº3 de tratamiento de residuos PDF

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13-5-TRATAMIENTO DE RESIDUOS ITRABAJO PRACTICO N°PROFESORALIC. MONICA NOEMI PASCULLITabla de contenido1-¿Con estos valores es posible un adecuado compostaje? ¿Qué medidas debieran tomarse para que se realice adecuadamente? ....... 2-Indique volumen de la Unidad de compostaje si la densidad del resid...

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13-5-2021

TRATAMIENTO DE RESIDUOS I TRAB TRABAJO AJO PRA PRACTICO CTICO N°3

PR PROFESORA OFESORA LIC. MONICA NOEMI P PASCULLI ASCULLI

Tabla de contenido 1-¿Con estos valores es posible un adecuado compostaje? ¿Qué medidas debieran tomarse para que se realice adecuadamente?.......2 2-Indique volumen de la Unidad de compostaje si la densidad del residuo orgánico es de 120 Kg/m3.........................................................................4 3-Dimensione un camellón diario de 3 metros de ancho, considerando que el mismo se formaría con todos los residuos orgánicos generados diariamente y que la Generación per Cápita de RSU es de 0,9 Kg/dia y la Fracción Orgánica es de 50% .Tenga en cuenta el apartado de COMO DISEÑAR Y OPERAR UN SISTEMA DE COMPOSTAJE AEROBICO del material Anexo.....................................................5 4-En caso de destinarse a tratamiento anaeróbico la fracción orgánica. Calcule la producción diaria de metano (si es el 60% del biogás) teniendo en cuenta que:..............................................................................................................................6 

Se genera 35 litros de biogás por Kg de Sólidos Volátiles...............................6



Se humedecen los residuos hasta que tengan un 65% de humedad.........6

5-Si se encuentra en funcionamiento un biodigestor y debido a un descenso brusco de temperatura se reduce drásticamente la generación de biogás y los análisis en laboratorio del sustrato muestran un pH de 4,2 y elevación de los valores de acidez sobre los de alcalinidad: ¿Qué explicación daría Ud?.Tenga en cuenta las etapas del proceso fermentativo y los requerimientos de las bacterias metanogénicas.............................................................................................6 Bibliografía:........................................................................................................................10

1

RESIDUOS SOLIDOS DOMICILIARIOS.TRATAMIENTO FRACCIÓN ORGANICA TRABAJO PRÁCTICO

Una población de 7.000 habitantes quiere destinar la fracción orgánica de los RSU a compostaje para lo cual trocea éstos residuos en tamaños de 7 cm de diámetro y los coloca en un camellón. La caracterización de los residuos orgánicos en laboratorio arroja los siguientes valores: 

Humedad : 25 %



Relación C/N 18:1



PH : 6.8



Solidos volátiles: 88%

1-¿Con estos valores es posible un adecuado compostaje? ¿Qué medidas debieran tomarse para que se realice adecuadamente? Con estos valores no sería posible llevar acabo un adecuado compostaje debido a lo siguiente: 

La humedad; que presenta esta unidad es insuficiente, es muy baja para que los microorganismos sobrevivan. Por lo cual, para poder realizar un adecuado compostaje, la humedad debe estar alrededor del 40 al 60% mantiene una buena aireación. este procedimiento se puede realizar extendiendo el material en capa delgada para que esté pierda humedad a través del evaporación o bien mezclando los materiales secos procurando mantener una correcta relación C-N. Cabe destacar que los niveles superiores a los valores indicados producirá un desplazamiento del aire entre las partículas de la materia orgánica por lo que se volvería anaerobio favoreciendo 2

el metabolismo fermentativo y las respiraciones anaeróbica y en caso de que la humedad se sitúa en valores inferiores al 10% descienda la actividad biológica general y el proceso se vuelve extremadamente lenta.



La relación C/N: expresa las unidades de Carbono por unidades de Nitrógeno que contiene un material. Una relación C/N óptima de entrada, a compostar

es de 25 unidades de

Carbono por una unidad de Nitrógeno, es decir C(25)/N(1) = 25. Una relación C/N inicial de 20 a 30 se considera como adecuada para Iniciar un proceso de compostaje. Si la relación C/N está en el orden de 10 Nos indica que el material tiene relativamente más Nitrógeno. Si la relación es de por ejemplo 40, manifiesta que el material tiene relativamente más Carbono. Dicho esto, podemos decir que esta unidad de compostaje está debajo del estándar óptimo. Al tener esta falta de carbono, lo que sucederá es Que al acabarse, nos encontraremos con un exceso de nitrógeno que los Organismos no podrán utilizar y se terminara emitiendo a la atmosfera en Forma de amoníaco (gas toxico). Se necesita agregar pastos, hojas verdes, o algún residuo para que contenga gran cantidad de fibra para poder equilibrar dicha relación.



PH: el pH está dentro de los valores normales, lo ideal será de 5.8 a 7.2,



Solidos volátiles: son una medida de la cantidad efectiva de materia orgánica presente en los residuos orgánicos ya que 3

debemos considerar que el residuo también está compuesto por minerales que no son "transformados" por las bacterias en biogás. 

Trozado: El trozado que tiene esta fracción es de 7cm, lo cual podría Lentificar el proceso de compostaje. El tamaño ideal sería entre 3 y 5cm de diámetro.

Factores a controlar en el compostaje

2-Indique volumen de la Unidad de compostaje si la densidad del residuo orgánico es de 120 Kg/m3.

U.C= Vol Residuos de 1 dia Kg Res Org = Pob x PPC x % F.O/100 Vol. = 7000 hab x 0,9Kg/día x 0,5= 3150 kg

4

Vol. U.c = Peso / Densidad vol. U.c

¿

3.150 kg 120 kg /m3

=- 26,25 m3

3-Dimensione un camellón diario de 3 metros de ancho, considerando que el mismo se formaría con todos los residuos orgánicos generados diariamente y que la Generación per Cápita de RSU es de 0,9 Kg/dia y la Fracción Orgánica es de 50% .Tenga en cuenta el apartado de COMO DISEÑAR Y OPERAR UN SISTEMA DE COMPOSTAJE AEROBICO del material Anexo.

Vol. camellón=

Vol. residuos orgánicos

diarios (Uc) Vol. camellón= Área x largo Área camellón= (Base x altura) % 2 DATOS: Alto: 1,5 Largo =? Ancho= 3m Vol. Camellón = área x largo Sección o Área: base x altura / 2

Área: 3 m x 1,5 / 2 = 2,25

m2

Vol. pila = 26,25 m3

26,25 m 3 2,25 m2

Largo:

5

= 11.67m

Respuesta:

Ancho: 3 m

alto: 1,5 m

largo:

11,67 m

4-En caso de destinarse a tratamiento anaeróbico la fracción orgánica. Calcule la producción diaria de metano (si es el 60% del biogás) teniendo en cuenta que: 

Se genera 35 litros de biogás por Kg de Sólidos Volátiles



Se humedecen los residuos hasta que tengan un 65% de humedad.

Metano= Kg Res fresco x %ST/100 x % SV/100 x % Metano/100 x L Biogás/Kg SV Metano = 3150 Kg/día x 0,35 x 0,88 x 0,6 x 35L = 20.374,2 Litros/día

5-Si se encuentra en funcionamiento un biodigestor y debido a un descenso brusco de temperatura se reduce drásticamente la generación de biogás y los análisis en laboratorio del sustrato muestran un pH de 4,2 y elevación de los valores de acidez sobre los de alcalinidad: ¿Qué explicación daría Ud?.Tenga en cuenta las etapas del proceso fermentativo y los requerimientos de las bacterias metanogénicas.

6

Al bajar el pH empieza a detenerse el proceso porque se interrumpirá la metanogénesis

las bacterias metanogénicas son sumamente

sensible a las variaciones del pH en el gestor. Si el PH baja se sigue generando biogás pero por poco metano Por lo cual baja El poder calorífico del biogás además el metabolismo de las bacterias cambia generando cada vez más acidez de lo cual termina por detener el proceso de digestión. Una de las primeras alternativas para resolver el problema sería reducir la cantidad de carga hasta el punto en el cual los ácidos grasos volátiles se consuman más rápido de lo que se genera una vez que el exceso se ha agotado, el pH del sistema retorna a los rangos de operaciones normales y la metanogénesis comienza a repuntar La carga puede aumentar gradualmente a medida que el proceso se recupere hasta completar la capacidad de carga óptima. En circunstancias extremas además de la disminución de la carga orgánica volumétrica se puede suplementar algún químico para ajustar el pH como bicarbonato de sodio, carbonato de sodio, hidróxido de amonio, gas amoníaco, Cal, hidróxido de sodio y potasio, se prefiere el bicarbonato de sodio debido a su alta solubilidad y baja toxicidad otra opción consiste en eso dosificación

periódica de

oxigeno (02) en el sistema anaeróbico, que contribuye a eliminar los ácidos grasos volátiles a través de los microorganismos facultativos. El nivel de PH para la operación del digestor se puede obtener ajustando el PH de las materias primas que entran al digestor y controlando el PH en el mismo. Temperatura La gama de temperatura de la digestión anaeróbica puede variar entre 10 y 60 ºC, pero existen dos rangos de trabajo que brindan las condiciones

que

favorecen

la

producción

de

metano.

La

temperaturas: termofílica (55-60 °C) con la cual se logran menores 7

tiempos de retención hidráulica. Y la Mesofílica entre los 20 y 40ºC con un óptimo alrededor de los 30ºC, con la cual se puede alcanzar una buena producción de biogás -sin gasto de energía para calefacción-. PH: en este caso presenta un bajo valor de pH inferior a los 6,2, los análisis en laboratorio del sustrato muestran un pH de 4,2. Por lo cual as bacterias se inhiben. Sin embargo el rango óptimo para de pH para la digestión anaeróbica está entre 7 y 8. Metcalf y Eddy, informan que un pH óptimo para las bacterias metanogénicas está entre los 6,6 y 7,6. Otros autores reportan actividad anaeróbica en valores inferiores de pH. Esto se debe a que la actividad metanogénica depende de la especie de bacterias presente. Las del género Methanothrix sp. Tienen un rango estrecho de pH óptimo para su crecimiento y a éste se refieren Metcalf y Eddy, por ser las predominantes en los sistemas con baja carga orgánica Las del género Methanosarcina sp. Muestran actividad en un rango más amplio de pH entre 5 y 8, y son las predominantes a bajo valores de pH debido a la presencia de altas concentraciones de ácido orgánico. Relación Carbono/Nitrógeno/Fósforo (C:N:P) En cuanto a la composición de la carga es sumamente importante considerar la proporción C:N:P del sustrato, que indica la cantidad de nutrientes –no necesariamente la disponible- para el crecimiento de los microorganismos. La relación óptima es de 25:4:1. Una alta concentración de carbono respecto al nitrógeno, resulta en una baja producción de biogás por el rápido consumo de nitrógeno por parte de las bacterias metanogénicas. Mientras que una baja relación provoca acumulación y posterior intoxicación con amonio de las bacteria

8

Alcalinidad y Acidez La alcalinidad es uno de los parámetros más importantes de los tratamientos

biológicos

de

residuos.

Especialmente

para

la

fermentación anaeróbica para maximizar la producción de metano. La alcalinidad representa la capacidad buffer del sistema, manteniendo en el digestor un pH estable y así se logra una actividad biológica óptima El contenido de Ácidos Grasos Volátiles (AGV) -producto de las bacterias acidogénicas- como la alcalinidad, definen la estabilidad del proceso

respecto

a

la

disponibilidad

de

suficiente

actividad

metanogénica. La acidez es sumamente importante en los sistemas secos

y

semisecos

(de

alta

concentración)

y

con

residuos

provenientes de la fracción orgánica (compuesto por comida, frutas, vegetales y de jardín) ya que se incrementa considerablemente durante los primeros días por su rápida biodegradabilidad, pudiendo inhibir todo el proceso de degradación posterior. Por ello, la necesidad de realizar controles continuos de estos parámetros para poder ejecutar las correcciones correspondientes y eficientizar el proceso. Agitación: Aumenta e contacto la bacteria-materia prima Termofilicos: agitación continúa Mesofilico: agitación intermitente suave Se obtiene por bombeo recirculación de biogás.

y

agitación

Concentración de la carga: Optimo: 7 %, 9% ST

a.- Húmedo: < 10-15 % ST b.- Semi-seco: entre 10-15 y 22-23% c.- Seco: > 22-23% (hasta 40%ST) 9

mecánica

con

paletas,

Etapas de la fermentación:



Hidrólisis



Acetogenesis



Acidogenesis



Metanogenica bacterias estrictamente anaeróbicas, si hay oxigeno mueren.

bacterias facultativas

Se puede ver una clara alteración el proceso lo cual hizo que se desciendan los valores de ph y por lo tanto no va a permitir que se genere el biogás. La primera fase es la hidrólisis de partículas y moléculas complejas

(proteínas,

carbohidratos

y

lípidos)

que

son

hidrolizadas por enzimas extracelulares producidas por los microorganismos resultado

se

acidogénicos

o

producen compuestos

fermentativos. solubles

más

Como

sencillos

(aminoácidos, azúcares y ácidos grasos de cadena larga) que serán metabolizados por las bacterias acidogénicas dando lugar,

principalmente,

a

ácidos

grasos

de

cadena

corta,

alcoholes, hidrógeno, dióxido de carbono y otros productos intermedios.

Los

ácidos

grasos

de

cadena

corta

son

transformados en ácido acético, hidrógeno y dióxido de carbono, mediante la acción de los microorganismos acetogénicos . Por último, los microorganismos metanogénicos producen metano a partir de ácido acético, H2 y CO2 .

Bibliografía: Modulo, video clases y Pdf proporcionado por la Profesora 10...