Recuperación de fósforo y obtención de sólidos adsorbentes a partir de lodo de EDAR mediante un proceso combinado de extracción ácida y pirólisis

El fósforo (P) es un elemento esencial y la principal fuente de fósforo es la roca fosfática,que es un recurso no renovable y se estima que en 70-175 años podría agotarse. La mayor parte del P empleado en agricultura se recupera en las aguas residuales urbanas. En las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR) el P se debe eliminar del agua por lo que se concentra en los lodos de EDAR. Por otro lado, el lodo de EDAR es un residuo que debe gestionarse de forma adecuada. Dentro de los procesos de valorización para gestionar estos lodos, se encuentra el tratamiento termoquímico mediante pirólisis, proceso por el cual se pueden obtener sólidos adsorbentes. Para mejorar las propiedades como adsorbente del sólido obtenido, puede ser necesaria una etapa de activación previa a la pirólisis, etapa que puede consistir en un proceso de impregnación con ácido. En este Trabajo Fin de Grado se plantea la posibilidad de recuperar el fósforo contenido en el lodo de EDAR mediante su extracción con ácido sulfúrico y a su vez activar el sólido para la posterior obtención de sólidos adsorbentes mediante pirólisis. El método desarrollado en el presente Trabajo se centra en determinar cómo afectan las condiciones de extracción, en concreto el tiempo de impregnación y la relación sólido:líquido (S:L), a la cantidad de P extraída del lodo de EDAR, y también en estudiar el efecto de las condiciones de extracción y la temperatura de pirólisis a los productos de la pirólisis. En primer lugar se lleva a cabo la extracción del fósforo contenido en el lodo de EDAR mediante la impregnación de dicho lodo con ácido sulfúrico. Una vez transcurrido el tiempo de impregnación, se separan las fases y se analiza la cantidad de P recuperado. En segundo lugar, se seca el sólido para pirolizarlo en un reactor de lecho fijo bajo atmósfera de nitrógeno. Se ha llevado a cabo un análisis de las propiedades de los productos obtenidos durante la pirólisis, en especial se estudia la superficie específica BET del char de pirólisis. Para completar el análisis, se han determinado también los rendimientos a char, a gases no condensables, a dióxido de carbono y a sulfuro de hidrógeno. Además, se ha determinado el poder calorífico (PCI) del gas no condensable. Los resultados obtenidos en este Trabajo muestran que para tiempos de impregnación elevados y altas relaciones S:L, se consigue extraer prácticamente todo el fósforo inorgánico contenido en el lodo de EDAR. Asimismo, se han obtenido sólidos adsorbentes cuya área superficial BET varía entre 125-225 m2∙g-1. Los estudios bibliográficos demuestran que estos sólidos se pueden emplear para eliminar H2S por adsorción

Recuperación de fósforo y producción de sólidos adsorbentes a partir de purín mediante la combinación de tratamiento con ácido y pirólisis

El fósforo (P) es un nutriente esencial para los seres vivos. Los vegetales necesitan ser fertilizados con los nutrientes esenciales, para su correcto desarrollo. La fuente de obtención de fósforo que predomina en la actualidad es la roca fosfática y se estima que ésta podría agotarse en 70 – 150 años. Por otro lado los purines son residuos ganaderos que necesitan de una gestión adecuada y son una fuente potencial de fósforo. Entre las vías de gestión de los purines destaca la digestión de los mismos, para la obtención de biogás y productos fertilizantes. Otra alternativa podría ser la pirólisis para la producción de sólidos adsorbentes. Para la obtención de sólidos adsorbentes mediante pirólisis el material de partida puede ser activado previamente mediante activación química, proceso que guarda similitudes con la extracción de fósforo de diferentes residuos. En este Trabajo Fin de Grado se propone la extracción en medio ácido del P presente en purines, proceso que sirve a su vez para activar el sólido para después obtener sólidos adsorbentes mediante pirólisis de los purines impregnados. En los experimentos de extracción-activación se estudia el efecto del tiempo de extracción y de la relación líquido:sólido sobre la cantidad de fósforo extraído y sobre algunas propiedades del sólido impregnado, mientras que en los experimentos de pirólisis se estudia el efecto que tienen los dos factores mencionados anteriormente y la temperatura de pirólisis sobre los productos obtenidos, fundamentalmente sobre las propiedades del char de pirólisis como sólido adsorbente (superficie específica, número de yodo y diámetro de poro). El análisis de los resultados experimentales obtenidos en este TFG muestra que, bajo las condiciones de operación estudiadas, se puede extraer en torno al 70% del fósforo presente en el purín y se pueden obtener sólido con una superficie específica superior a 400 m2·g-1

Estudio del efecto de una etapa de tratamiento con ácido sobre la pirólisis de lodos de EDAR

El lodo generado en las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR) es un residuo generado masivamente y que concentra toda la carga contaminante retirada en el ciclo de depuración de las mismas. El fósforo (P) es un elemento contenido en los lodos de EDAR, lo que supone la posibilidad de emplearlos como una fuente de recuperación del mismo y alternativa a la explotación de la roca fosfática, la cual se trata de un recurso no renovable. Además de la recuperación de nutrientes a partir del lodo de EDAR, surge la necesidad de buscar otras alternativas de valorización de este residuo ante la problemática de las soluciones adoptadas hasta el momento. Dentro de otros métodos de valorización, se encuentra el tratamiento termoquímico de pirólisis, sin embargo, un proceso de activación previa del residuo puede ser necesario para obtener productos de valor. En este Trabajo se plantea la posibilidad de, mediante una etapa de tratamiento con ácido sulfúrico, recuperar el P contenido en el lodo de EDAR y simultáneamente realizar la activación química del mismo para su posterior pirólisis, de manera que las propiedades de los productos obtenidos se vean mejoradas para posibles aplicaciones en la industria. Previamente ha sido realizada la caracterización del lodo de EDAR (análisis inmediato y elemental, contenido en metales (ICP), Microscopía Electrónica de barrido (SEM), análisis de la superficie específica (BET), Espectrosopía fotoelectrónica de rayos X (XPS), Espectrofotometría Infrarroja con Transformada de Fourier (FTIR), análisis de extractivos, y poder calorífico). Posteriormente se ha llevado a cabo la etapa de extracción de P y activación del lodo y la caracterización residuo tratado semejante a la materia prima. Generado el lodo tratado suficiente para los experimentos de pirólisis, se han realizado dichos experimentos a las temperaturas de 550 ⁰C y 850 ⁰C, empleando como material a pirolizar el lodo de origen y el lodo tratado. Finalmente se ha evaluado el efecto de la etapa ácida en los rendimientos a productos obtenidos así como en las características de los mismos. Conforme a los resultados obtenidos en este Trabajo, se concluye que mediante la realización de una etapa previa de tratamiento ácido, es posible además de extraer un 72 % de P en tiempos bajos de extracción y con una carga moderada de ácido (moderada relación L:S), la modificación de las propiedades del residuo, de manera que posteriormente, y empleando una temperatura de pirólisis de 550 ⁰C, se obtienen productos con propiedades mejoradas para posibles aplicaciones industriales

Efecto de la fracción inorgánica del purín en la capacidad absorbente de CO2 del char de pirólisis.

En la ganadería y agricultura se generan importantes cantidades de residuos (entre los que destacan los purines) que pueden tener un gran impacto ambiental si no se gestionan correctamente. La principal valorización de estos residuos es su utilización como fertilizante. Sin embargo, en ciertas zonas, el suelo no tiene suficiente capacidad para asimilar estos residuos y su aplicación supone un problema medioambiental. Una de las alternativas para su gestión es su valorización energética mediante digestión anaerobia para la producción de biogás. El biogás producido contiene compuestos indeseados, como CO2 y H2S entre otros, que deben ser retirados antes de su uso como combustible. La adsorción sobre carbón activo aparece como una de las tecnologías más apropiadas para la limpieza del biogás, pero eleva los costes del proceso de digestión dificultando su implementación en zonas agro-ganaderas. En el proyecto en el que se engloba este Trabajo Fin de Grado (TFG) se propone evaluar la integración de la digestión con una etapa termoquímica de pirólisis, en la que se procese el digestato para su transformación en un sólido adsorbente de bajo coste (char) que se podrá utilizar como adsorbente de CO2. Debido a la importancia del efecto de la composición del purín en las propiedades adsorbentes del char, en este TFG se ha estudiado el efecto de la fracción inorgánica contenida en el purín sobre su comportamiento termoquímico y sobre la capacidad de adsorción de CO2 del char obtenido. Para ello, se ha realizado la co-pirólisis en un reactor de lecho fijo a 550 °C de CaCO3, como representante de la fracción inorgánica, con los componentes orgánicos mayoritarios del purín (celulosa, lignina y soja). Se han estudiado los rendimientos a productos y la composición del gas obtenido, así como su poder calorífico. Se ha caracterizado el char obtenido mediante análisis elemental, espectroscopía FTIR para identificar los grupos funcionales en su superficie y mediante adsorción de N2 para determinar sus propiedades texturales.Una vez preparado el char, se han obtenido las isotermas de adsorción de CO2 a 25 °C para estos sólidos. En este estudio, se han utilizado dos métodos experimentales (termobalanza y lecho fijo). Las isotermas obtenidas se han ajustado a los modelos de Langmuir y Freundlich. Con el fin de determinar posibles efectos de interacción entre la fracción inorgánica y los componentes orgánicos del purín, los resultados experimentales obtenidos, tanto en la pirólisis como en la etapa de adsorción, se han comparado con los de los componentes puros. Se ha concluido que el CaCO3 tiene un efecto sinérgico, tanto en la producción de CO2 durante la etapa de pirólisis como en la capacidad de adsorción de CO2, especialmente para la fracción de lignina y soja. Sin embargo, en residuos con elevado contenido en fracción inorgánica, como es el caso del purín, el efecto diluyente del CaCO3 en las mezclas es más influyente que este efecto sinérgico.<br /

Use of sewage sludge combustion ash and gasification ash for high-temperature desulphurization of different gas streams

Due to its metal content, sewage sludge ash appears as a potential sorbent material for H2S removal at high temperature. The desulphurization ability of the solid by-products of combustion and gasification of sewage sludge has been evaluated in this work. Ash characterization results revealed that metal fraction in sewage sludge did not remained completely inert during the combustion and gasification processes. Iron content was lower in the gasification ash and X-ray patterns showed different crystalline phases in the solids: Fe2O3 in the combustion ash and Fe3O4 in the gasification ash. These differences resulted in a lower sulphur capture capacity of the gasification ash Desulphurization tests were carried out in a lab-scale fixed bed reactor operating at 600- 800 ºC. Different gases containing 5000 ppmv H2S (H2S/N2 mixture and synthetic gasification gas) were used. The H2S breakthrough curves were negatively affected by the reducing atmosphere created by the gasification gas and by the presence of steam in the reaction medium. However, H2S breakthrough curves alone do not provide enough information to evaluate the sulphur capture capacity of the sorbent materials. Ultimate analyses of the spent solid samples showed that the total amount of H2S removed from the gas was only partially captured in the ash. Thermodynamic data pointed to a significant fraction of sulphur forming part of other gases, such as SO2. In the best operating conditions, an outlet gas with less than 100 ppmv of H2S was obtained during 300 min, thus resulting in a sulphur loading of 63 mg S·g-1 ash. This experimental sulphur content was 39% lower than the maximum theoretical value predicted by equilibrium simulations

Análisis de la capacidad de adsorción de CO2 del producto sólido de pirólisis producido a partir de los componentes mayoritarios del purín

Actualmente la ganadería intensiva es la responsable de la generación de grandes cantidades deresiduos orgánicos (purines) de diferente naturaleza que pueden influir sobre el medioambiente. Su principal valorización es como fertilizante en suelos agrícolas o incineracióngenerando una problemática ambiental grave. Por lo que, una de las principales medidas parala reducción de emisiones de gases de efecto invernadero es la correcta gestión de purinesincluyéndolo dentro de una estrategia de Economía Circular. Se propone desde un punto devista medio ambiental la digestión anaerobia de estos purines para obtener un biogáscombustible que podría utilizarse como energía en la propia explotación. Sin embargo, presentaen su composición gases contaminantes como H2S y CO2 cuya concentración debe reducirse, loque supone un gasto importante para la planta. Una de estas alternativas es el uso detratamientos termoquímicos para la obtención de un sólido adsorbente de bajo coste, útil en lalimpieza del biogás. La integración de una etapa de pirólisis junto al digestor anaerobio paratratar el digestato de purín, puede permitir obtener sólidos adsorbentes de bajo coste a partirdel subproducto obtenido en la digestión, impulsando así el concepto de economía circular.Durante el proceso de pirólisis la descomposición térmica del sólido produce un gas combustibleque se puede utilizar para generar energía, y a su vez, un producto sólido (char) rico en carbonoy con propiedades estructurales que pueden ser adecuadas para su uso en la captura de CO2.<br /

Estudio de la obtención de sólidos adsorbentes a partir de subproductos de origen animal y de la proteína de colágeno

En este trabajo se ha estudiado la pirólisis de harinas cárnicas así como la de uno de sus componentes principales, el colágeno. Para ello se han hecho estudios de pirólisis a tres temperaturas distintas: 350ºC, 550ºC y 750ºC con la finalidad de estudiar el comportamiento de cada uno de los productos obtenidos, en especial la fracción sólida, el char. Se han caracterizado los distintos productos de pirólisis y se ha estudiado la capacidad de adsorción de CO2 sobre cada char obtenido en los experimentos de pirólisis.<br /

Estudio de la pirólisis de pelo de cerdo. Caracterización de los productos obtenidos

España es el segundo país productor de porcino en Europa, siendo necesaria la gestión sostenible de los residuos generados en dicho sector. Actualmente, el pelo de cerdo constituye un residuo orgánico cuyo principal destino es su depósito en vertedero. En este trabajo se propone valorar la pirólisis como un posible tratamiento que permita valorizar el pelo de cerdo. Se plantea como objetivo evaluar el efecto de la temperatura de pirólisis sobre la distribución y las principales características de los productos obtenidos.<br /

XXXVI Jornadas Nacionales de Ingeniería Química. Libro de resúmenes

El Departamento de Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente de la Universidad de Zaragoza organiza estas XXXVI Jornadas Nacionales de Ingeniería Química, en Zaragoza del 4 al 6 de septiembre de 2019. Representa para nosotros una gran satisfacción encargarnos de este evento por segunda vez, tras haber organizado su edición de 1999. Además, en esta ocasión coincide con el 25 aniversario de la implantación de los estudios de Ingeniería Química en la Universidad de Zaragoza, siendo así uno de los actos que contribuyen a festejar tal efeméride. Teniendo su origen en 1967 (Santander), desde 1980 las Jornadas se han celebrado anualmente como una ocasión de encuentro y debate entre los departamentos de Ingeniería Química de las diferentes universidades españolas. La temática abordada tradicionalmente ha incluido los ámbitos docente e investigador, así como el de relación con el sector industrial. Además desde 2012, patrocinado por la Conferencia de Directores y Decanos de Ingeniería Química ‐CODDIQ‐, se celebra bienalmente el Congreso de Innovación Docente en Ingeniería Química (CIDIQ) que aborda con extensión y rigor aquellos asuntos relacionados con el ámbito docente en la Ingeniería Química. Por esto, en la última edición de estas Jornadas (Salamanca, 2018) se acordó la conveniencia de que pasasen a ser también bienales (alternándose con el CIDIQ) y centradas en el ámbito de la investigación. Siguiendo esa idea, y conscientes de que la investigación en Ingeniería Química presenta un carácter cambiante, se aplica a diversas disciplinas y combina campos tradicionales con nuevas fronteras, pretendemos que en estas Jornadas se pueda obtener una fotografía de la notable actividad investigadora que se está llevando a cabo desde los departamentos de Ingeniería Química de nuestras universidades. Para ello, se han recogido trabajos correspondientes a las diferentes áreas temáticas de la Ingeniería Química como son, según clasificación actual AIChE: UO (operaciones unitarias, separaciones,...), RE (ingeniería de la reacción, catálisis,...), AM (análisis, modelado, simulación,...), Mat (Ciencia de materiales, superficies, polímeros,...), Bio (biotecnología, ciencias médicas,...), y Nano (nanotecnología,...). En las Jornadas se clasifican los trabajos atendiendo a las tendencias (trends) punteras según tres grupos: 1‐ Procesos sostenibles, 2‐ Modelado (desde el nivel molecular al proceso) y 3‐ Materiales avanzados y nanotecnologías. A su vez, se organizan los trabajos de estos grupos en los retos (challenges) fundamentales a los que respondan: A‐ Energía, B‐ Medio ambiente, y C‐ Salud. Se pretende visualizar de esta manera la forma de abordar desde la Ingeniería Química los nuevos retos en líneas de trabajo en auge. La inclusión de una sesión dedicada a la investigación en el sector empresarial pretende además aportar una idea de la aplicación práctica de los avances logrados. Las Jornadas comienzan en el Edificio Paraninfo de la Universidad de Zaragoza. Se trata de la construcción histórica más antigua de la Universidad, destacable tanto por su monumentalidad y elevado valor artístico, como por su posición privilegiada en el centro neurálgico de la ciudad. Tienen continuidad en la Escuela de Ingeniería y Arquitectura (EINA) situada en el Campus Río Ebro. Es el campus en el que se concentra la mayor parte de la actividad tecnológica e investigadora de la Universidad que, situado en la margen izquierda del río Ebro, es fácilmente accesible mediante el tranvía

Estudio de la capacidad de adsorción de H2S del producto sólido de pirólisis producido a partir de los principales componentes del digestato de purín

Análisis del efecto de la composición de la fracción orgánica del digestato de purín sobre la capacidad de adsorción del H2S a 25 °C del producto sólido (char) de pirólisis producido a partir de los principales componentes del digestato de purín (celulosa, lignina, proteína de soja