Diseño y análisis de un sistema de cavitación hidrodinámica mediante el uso de técnicas CFD para su utilización en sistemas de pretratamiento de fangos en las estaciones de aguas residuales
- Autores: José Vilarroig Herrera
- Directores de la Tesis: Sergio Chiva Vicent (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Jaume I ( España ) en 2021
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Javier José Navarro Laboulais (presid.), Leonor Hernández López (secret.), Ángel Robles Martínez (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Tecnologías Industriales y Materiales por la Universidad Jaume I de Castellón
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: TDX
- Resumen
Durante los últimos años, la necesidad de maximizar la producción energética a partir de la optimización del proceso de la digestión anaerobia de lodos ha centrado el interés tanto de la comunidad científica como de la industrial del ciclo del agua. Para ello, la cogestión y los pretratamientos de los lodos se presentan como una opción para incrementar la producción de biogás y la calidad del digestato obtenido.
La aplicación industrial de la codigestión anaerobia de los lodos de EDAR depende en una mayoría de los casos de la disponibilidad de cosustratos adecuados en las proximidades de la ubicación de la EDAR. Sin embargo, el objetivo de los pretratamientos es desintegrar las partículas sólidas mediante procesos físicos, químicos o biológicos. Como consecuencia, se acelera la etapa hidrolítica de la digestión anaerobia, permitiendo una mayor producción de biogás en un mismo proceso operado en las mismas condiciones. Existen numerosos estudios sobre el efecto de distintos pretratamientos en la producción de biogás, así como distintas experiencias a escala industrial. A pesar de ello, los pretratamientos no son de aplicación generalizada en la mayoría de las EDAR, debido principalmente a los elevados costes de inversión, operación y energéticos, que en muchas ocasiones no compensan económicamente el incremento en la producción de energía debido a su aplicación En este sentido, en la presente tesis se pretende potenciar y optimizar el cambio de concepto del tratamiento de los lodos de depuradora, de un residuo que debe ser gestionado, a dos productos valorizables como son el biogás y el biofertilizante. Para ello, será necesario abordar conceptos tales como:
- Maximizar la cantidad de demanda química de oxígeno (DQO) soluble (materia orgánica), de este modo, se consigue incrementar la hidrólisis de la materia orgánica, lo que conllevará a un aumento de la producción de biogás.
- Generar productos de valor añadido, tales como el biogás (energía renovable) y un digestato rico en nutrientes con calidad para ser usado como biofertilizante en enmienda de suelos y/o abono.
- Estudiar el comportamiento del perfil de ácidos grasos volátiles (AGVs) producidos (ácido acético, ácido propiónico, ácido butírico, etc.) y la influencia de la cavitación sobre ellos. Los AGVs son necesarios para que los microorganismos metanogénicos los conviertan en el digestor anaerobio en biogás.
- Maximizar el grado de higienización del digestato para su uso como fertilizante. En el proceso de pretratamiento del lodo mediante la cavitación hidrodinámica se libera calor, por lo que aumenta la temperatura del lodo,llegándose a valores cercanos a 60-70ºC. A estas temperaturas se consigue aumentar la higienización del lodo, y microorganismos patógenos como Escherichia Coli o Salmonella son eliminados.
- Desarrollar un modelo utilizando la dinámica computacional de fluidos (CFD) que permita determinar el comportamiento de los diferentes diseños propuestos y que facilite la toma de decisiones para obtener un cavitador optimizado minimizando el número de prototipos fabricados y, por ende, gasto económico asociado.
Todo lo anteriormente mencionado tendrá como finalidad última la de conseguir diseñar un sistema de cavitación hidrodinámica robusto mediante la utilización de técnicas CFD, que permita optimizar el proceso de pretratamiento para la digestión anaerobia de los lodos generados en una Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR).
