1. INTRODUCCIÓ
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27/02/2015 La gestión y tratamiento de purines: un elemento clave para el desarrollo del sector A. Bonmatí Jornada técnica Planstar Porcino IV Innovación + Rentabilidad. Claves de futuro Alcarràs, 26 de Febrero de 2015 1. INTRODUCCIÓ 1.- Introducción 1.1. Planes de gestión 1.2. Definición tecnología tratamiento 1.3. Información disponible 1 27/02/2015 Planes de Gestión Programa de actuaciones que conducen a adecuar la producción de deyecciones a las necesidades (de los suelos, de los cultivos, etc.) en el espacio y en el tiempo, como productos de calidad. Un plan ha de contemplar: • Medidas de reducción en origen • De caudales y de componentes limitantes • De nitrógeno, fósforo, metales y agua en purines • Usos a qué se destinará el producto: Planes de fertilización y/o de definición de calidades. • Análisis territorial • Tratamiento (Procesado): tecnologías de transformación Principio básico “aplicar al suelos las deyecciones ganaderas como fertilizante, y procesar y exportar el excedente. Coste de los fertilizantes nitrogenados está muy ligado al coste de la energía Reserves mundiales de fósforo son limitadas, y muy localizadas (problema geoestratégico) 2 27/02/2015 Estratégias de tratamiento Combinación de procesos unitarios con el objectivo de modificar las características de las deyecciones para su adecuación a la demanda como producto de calidad Posibles objetivos de las estrategias de tratamiento: • • • • • • • • • • Adecuar la composición a la demanda agrícola Recuperar nutrientes Eliminar nitrógeno Estabilizar, eliminar materia orgánica Higienizar Producir energía renovable Reducir emisiones de gases de efecto invernadero Reducir emisiones de amoníaco Exportar, transportar fuera de la zona de producción (reducir volumen) Transformar las deyecciones en productos con alto valor añadido Guia de los tratamientos 2004 Guía texto: http://www.arc-cat.net/ca/altres/purins/guia/pdf/guia_dejeccions.pdf Guía interactiva: http://www.arc.cat/ca/altres/purins/guia/swf/guia_tractaments.html 3 27/02/2015 Inventario actividades de procesado de deyecciones en EU (2011) Contrato ABP (DK) – GIRO (encargo Comisión Europea) Autores: Henning L. Foged (Agropark, DK) Xavier Flotats (GIRO & UPC, CAT) August Bonmatí (GIRO, CAT) Karl M. Schelde (Agropark, DK) Jordi Palatsi (GIRO, CAT) Albert Magrí (GIRO, CAT) Zivko Juznic Zonta (GIRO, SLO) http://ec.europa.eu/environment/water/water-nitrates/studies.html 2. DESCRIPCIÓN TECNOLOGÍAS 2.- Descripción de tecnologías 2.0.- Actuaciones en la generación 2.1.- Aplicación de Aditivos 2.2.- Separación S/L 2.3.- Digestión Anaerobia 2.4.- Tratamientos de la FS 2.5.- Tratamientos de la FL 4 27/02/2015 2.0 Actuaciones en la generación Generar un deyección sólida en lugar de líquida Vacas • • Lecho de paja Lecho compostable (deep litter) - No retirar los excrementos - Añadir serrín periódicamente y airear - El lecho se composta obteniéndose un producto muy estabilizado Altura cama 30- 50 cm 5 27/02/2015 Aeración y adición de serrín 2.0. Actuaciones en la generación Generar un deyección sólida en lugar de líquida Cerdos: • Lecho de paja - Es necesario añadir paja - Se retira el estiércol al final del engorde - Mayor esfuerzo de manejo / menor nº cerdos x m2 Producción de carne de calidad 6 27/02/2015 Fotos porcs amb jaç palla 2.1. Aplicación de aditivos Additives Aplicación de aditivos A Acidificación pH B Incremento de pH pH 7 27/02/2015 2.1 Acidificación El principal objetivo es reducir el pH de los purines de manera que es reduzcan las emisiones de amoníaco Proceso • El decremento del pH transforma el nitrógeno amoniacal gas (NH3) en ión amonio (NH4+) que no se evapora. • Reducción de otras emisiones gaseosas (COVs, CH4) • Ácido sulfúrico manejo • Características equipos para evitar corrosión 2.1 Acidificación Acid Gestión del efluente • Purín tiene alta concentración de nitrógeno amoniacal • Incremento del valor fertilizante : 20-25% Estado del arte • Muchas experiencias en Dinamarca • Equipos fijos y móviles 8 27/02/2015 2.2 Separación sólido/líquido Acid Proceso físico que permite separar los sólidos contenidos en unas deyecciones de consistencia líquida y generar dos fracciones, una sólida y una líquida Proceso • Los nutrientes N y P se distribuyen en la fase sólida y la líquida • Eficiencias varían mucho en función de: Características deyecciones Técnicas/equipos utilitzados Modo de operación y regulación Uso de aditivos • Hay diferentes equipos y técnicas disponibles en el mercado 2.2 Separación sólido/líquido Tamiz estático Prensa de tornillo Tamiz vibratorio Prensa de bandas Acid Tamiz rotativo Centrífuga 9 27/02/2015 2.2 Separación sólido/líquido Acid Gestión del efluente • Gestión diferente de la fracción sólida y líquida • Fracción sólida - aplicación en tierras lejanas - tratamiento posterior (compostaje) - exportar de la granja (gestor) - producción fertilizante organomineral • Fracción líquida - aplicación en campos cercanos (riego ?) - tratamiento posterior (NDN, Stripping,..) Estado del arte • Tecnología madura • Un gran número de experiencias 2.2 Separación sólido/líquido Acid Tamiz rotativo 10 27/02/2015 2.2 Separación sólido/líquido Acid Prensa de bandas 2.2 Separación sólido/líquido Acid Tamiz estático 11 27/02/2015 2.2 Separació sòlid/líquid Acid Prensa de tornillo 2.2 Separación sólido/líquido Acid Centrífuga 12 27/02/2015 2.2 Separación sólido/líquido Acid Eficiencias de separación • Proyecte Life + Futur Agrari [http://www.futuragrari.cat/] • Entre otras actividades se está realizando un seguimiento de la eficiencia de diferentes separadores • Resultados preliminares Separación S/L Tamiz + Tornillo prensa Tornillo prensa Tornillo prensa+ Sedimentación Tipos Nº deyección muestras N total P Cu Zn porcino 4 12,5 22,0 17,0 19,0 porcino 1 5,7 6,7 5,5 5,4 porcino 1 11 14,7 9,37 8,54 1 21,5 13,6 17,7 17,6 2 48,5 81,5 71,5 71,5 porcino + bovino Tornillo prensa+ porcino Centrífuga +bovino Tornillo prensa 2.2 Separación sólido/líquido Acid Eficiencias de separación • Variabilidad Separación S/L Nº N total muestras Tamiz + Tronillo prensa 4 P 12,5 ± 4,1 22,0 ± 9,6 Cu Zn 17,0 ± 7,3 19,0 ± 9,5 • Efecto características purín efecto contenido ST Separación S/L Tamiz y/o Tornillo prensa Tamiz y/o Tornillo prensa %ST N total P Cu Zn <5 6,7 10,4 8,3 8,4 >5 12,5 14,9 11,0 9,8 13 27/02/2015 2.3 Digestión Anaerobia Acid Proceso microbiológico en ausencia de oxigeno en el cual parte de la materia orgánica se transforma en metano y dióxido de carbono (biogás) E. tèrmica Motor E. elèctrica Gasòmetre Substrats Residus Agitador Biogàs (CH4+ CO2) Dipòsit efluentdesgasificador Efluent Digestor Bescanviador de calor 2.3 Digestión Anaerobia Acid Gestión digerido Digerido tiene un comportamiento más cercano a un fertilizante inorgánico (mineralización del amoníaco) Mantiene el contenido de los nutrientes Es necesario un tratamiento posterior para gestionar el exceso de nutrientes Incrementa la capacidad de gestión de los purines Energía Generación de energía renovable Para incrementar la producción de biogás son necesarios los co-sustratos Dependencia de las primas Explorar el autoconsumo eléctrico/térmico u otras aplicaciones 14 27/02/2015 15 27/02/2015 Acid 2.3 Digestión Anaerobia Avena strigosa (3.03 Tn DM/ha) Cultivos captadores N Livestock Farm Livestock manure Brassica napus (3.14 Tn DM/ha) to cropland fertilization harvest Liquid phase Principal crop Lolium multiflorum (2.69 Tn DM/ha) Mechanical separator Catch crop AD reactor Solid phase harvest to AD plant Cropland Treatment plant Organic fertilizer exportation 2.4 Tratamiento de la fracción sólida Compostaje Combustión Vermicompostaje Pirolisis Biosecado Gasificación Acid O2 O2 Biochar Secado térmico Peletización 16 27/02/2015 2.4 Compostaje Acid Descomposición biológica aerobia que tiene como objetivo principal obtener un producto estable con baja humedad con la mayoría de los nutrientes iniciales, libre de patógenos y semillas, compost Proceso • Parámetros de proceso: Humedad Adecuado deyecciones sólidas Oxigeno / Porosidad matriz Adición agente estructurarte Relación C / N Temperatura (> 55ºC) Higientización 2.4 Compostaje Acid Gestión del efluente • El compost producido se puede exportar y vender como un fertilizante de calidad • Clientes: jardinería, horticultores, etc. Estado del arte • Tecnología madura (antigua) • Plantas centralizadas y a escala explotación 17 27/02/2015 2.4 Compostaje Acid Sistemas abiertos intensivos de aireación forzada 2.4 Compostaje Acid Sistemas cerrados intensivos 18 27/02/2015 2.4 Compostaje Acid Sistemas cerrados intensivos 2.5 Tratamiento de la fracción líquida Filtración por membrana (MF/UF/RO) NitrificaciónDesnitrificación Concentración/ Evaporación Producción de algas Stripping amoniaco/ absorción Precipitación de Estruvita Ozonización Wetland construidos Acid 19 27/02/2015 2.5 Stripping de amoníaco Acid Recuperación del amoníaco contenido en una fase líquida, con un flujo de aire a contracorriente (stripping) y su absorción en una solución ácida Proceso • Parámetros de control: Temperatura & pH • Aconsejable un tratamiento previo de digestión anaerobia y separación de fases 2.5 Stripping de amoníaco Acid Gestión efluentes • Es necesario gestionar correctamente tres corrientes Fracción sólida Fracción líquida con menos N Sales de amonio exportar Estado del arte • Plantas piloto • Plantas escala industrial (Itália, Eslovenia) 20 27/02/2015 2.5 Precipitación de estruvita Acid Recuperación de nitrógeno y fósforo en la forma de una sal de magnesio nitrógeno y fósforo nombrada estruvita (MgNH4PO4·6H2O). Proceso • Factores de proceso: pH , relación molar N/P/Mg • Aditivos: Base para incrementar pH Mg & (PO4-3) • La calidad de la estruvita depende del contenido de materia orgánica del purín 2.5 Precipitación de estruvita Acid Gestión del efluente • Fracción líquida con bajo contenido en N i P • Estruvita exportar y vender como fertilizante Estado del arte • Plantas piloto • Alguna experiencia a Suecia 21 27/02/2015 2.5 Nitrificación Desnitrificación Acid Proceso microbiológico en el cual el amonio se oxida a nitratos en presencia de oxigeno, y a continuación estos nitratos se reducen a nitrógeno molecular gas (N2) en ausencia de oxigeno Proceso • Usualmente dos reactores - HCO 3 COD O2 NH4+ Nitrificación NO3- Desnitrificación N2 2.5 Nitrificación Desnitrificación Acid Gestión del efluente • Necesario conocer el repartimiento de nitrógeno entre las fracciones y el que se ha eliminado • Fracción líquida con menos N N2 Deyección Ganadera Estado del arte • Tecnología consolidada • Necesidad de control • Coste explotación elevado FL FS 22 27/02/2015 2.5 Nitrificación Desnitrificación Acid 23 27/02/2015 2.5 Nitrificación Desnitrificación 3. Inventario de tecnologías y productos Acid Acid 3.1.- Inventario de tecnologías 3.2.- Inventario de productos 24 27/02/2015 3.1. Inventario de tecnologías 17.894 943 359 167.918 12,2 107.864 7,8 556.509 139.122 Se procesan un total del 7,8% de les deyecciones generadas: 107·106 tones deyecciones 556.509 tones Nitrógeno 139.122 tones Fósforo 3.1. Inventario de tecnologías Nº instalaciones y tamaño 5000 89% 4500 4000 3500 3000 2500 92% 2000 91% 1500 90% 1000 70% 500 0 Separation Additives Farm Size (nº) Anaerobic Digestion Processing Solid fracc. Small/medium size (nº) Processing Liquid fracc. Larg-scale (nº) % Instalaciones en origen 25 27/02/2015 3.2. Inventario productos Tipos y cantidades de productos y subproductos del processado de las deyecciones en la UE. 1. Sólidos separados: 2. Líquidos separados: 3. Deyecciones con additivos o con trat. térmico: 4. Deyecciones digeridas: 5. Compost de deyecciones: 6. Prod. seco o pelet: 7. Cenizas y biochar: 8. Aguas de rechazo (Agua filtrada): 9. Agua procesada (de NDN,...): 10. Concentrado de nutrientes: 11. Productos de limpieza de gases: 4.855 kT/any 43.692 kT/any 7.473 kT/any 88.039 kT/any 3.253 kT/any 967 kT/any 124 kT/any 1.732 kT/any 6.080 kT/any 1.154 kT/any - Características/calidades: http://agro-technology-atlas.eu/endandbyproducts.aspx Conclusiones • Las estrategias tecnológicas a priorizar son las que permiten la recuperación y reciclaje de nutrientes. • La recuperación de nutrientes es necesario realizarla mediante productos concentrados o secos para exportar • La eliminación de nitrógeno solo se justifica si es la única posibilidad económica para una granja. • Las soluciones tecnológicas locales son preferibles a les grandes instalaciones centralizadas. • Les plantas centralizadas han de presentar una elevada eficiencia de transformación y energética. • La digestión anaerobia será el proceso clave para crear estrategias tecnológicas sostenibles, para mejorar procesos de recuperación de nutrientes, para producir energía renovable y para reducir emisiones de gases de efecto invernadero. 26 27/02/2015 racies por su atenció august.bonmati@irta.cat 27
