EXTRACCIÓN LÍPIDICA DE LODOS RESIDUALES URBANOS PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL

EXTRACCIÓN LÍPIDICA DE LODOS RESIDUALES URBANOS PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL

Escarraga Parra Karen Johanna, karen.escarraga@estudiantes.uamerica.edu.co, 6151546; Giraldo Collazos Oscar Santiago, oscar.giraldo@estudiantes.uamerica.edu.co, 6151474; Salinas Villamil Maryury Karolina, maryury.salinas@estudiantes.uamerica.edu.co, 6151550

1. Revisión del contexto nacional del producto o del proceso seleccionado

Las aguas residuales urbanas son el producto sobrante de las actividades cotidianas de la subsistencia humana, contienen residuos orgánicos y también disponen de otras sustancias residuales provenientes del ámbito doméstico, industrial, agua de lluvia, y la típica infiltración de agua en el terreno. Estas aguas deben ser tratadas con el objetivo de cumplir la normatividad vigente en Colombia, que corresponde a la resolución 0883 del 18 de mayo de 2018, en la cual se establecen los parámetros y los valores límites máximos permisibles en los vertimientos puntuales a cuerpos de aguas marinas y se dictan otras disposiciones, dicho tratamiento se realiza en las PTAR (Plantas de tratamiento de agua residual), en Colombia según el informe “Estudio Sectorial de los servicios públicos domiciliarios de Acueducto y Alcantarillado” sólo el 48,2% del total de municipios cuentan con Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales donde Ptar Salitre y Canoas Ptar de Cañaveralejo y Tuluá son las más destacadas. (Superintendencia de servicios públicos domiciliarios, 2017)

Durante el tratamiento de aguas residuales se obtienen como resultado de la remoción de contaminantes, diferentes subproductos, siendo el más importante los lodos. Los lodos provienen de las etapas de tratamiento primario y tratamiento secundario. Estos lodos se tratan por medio de un proceso de estabilización, el cual se realiza por medio de una digestión aerobia en la cual se produce como subproducto el biogás, que puede ser aprovechado como fuente eléctrica; otro subproducto que es aprovechable debido a su contenido orgánico y alto valor calorífico son los bio-sólidos que son residuos orgánicos sólidos, semisólidos o líquidos con alto contenido lipídico que pueden ser una fuente para desarrollar alternativas de combustión y por ende recobro de energía (biogás biodiesel).

Actualmente el decreto 1287 del 10 de Julio de 2014 establece los criterios para el uso de los biosolidos generados en plantas de tratamiento de aguas residuales municipales. El artículo ocho presenta diferentes alternativas de uso de biosolidos. Este decreto regula además la aplicación de los biosolidos mediante restricciones, como en la inaplicación de los mismos, sin embargo, cabe destacar que este decreto mantiene un enfoque tanto como agrícola como en la recuperación, mejoramiento o restauración de suelos.

1. Diagrama de flujo del proceso en donde se ilustren las distintas etapas y los flujos de materia, breve explicación de la función de cada etapa.

1. FASE DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES: Durante el tratamiento en la PTAR correspondiente al agua residual urbana, se obtienen los lodos primarios que son  la materia prima principal para la extracción lipídica.
2. ETAPA DE EXTRACCIÓN: Se utiliza un reactor mezclador-sedimentador cuya agitación opera a 1900 rpm a temperatura ambiente. Este proceso se realiza a tres extracciones consecutivas con la finalidad de obtener un mayor rendimiento de los lípidos extraídos. Ingresa una alimentación de lodo primario que, contiene materia orgánica y los lípidos de interés, mientras que, por la otra entrada se ingresa el solvente seleccionado, alcohol isopropilico/ciclohexano a una relación 3:1. La relación alimentación/solvente es 1:1. A la salida del reactor-extractor se obtienen dos corrientes, la primera es el extracto que contiene el solvente seleccionado y los lípidos caracterizados por ACIDOS GRASOS LIBRE (FFA) y la segunda es el refinado la cual contiene residuos del lodo y bajas concentraciones de lípidos. La corriente de refinado es recirculada durante las dos primeras etapas mientras que el refinado obtenido en la última etapa es reutilizado.
3. FILTRACIÓN: Se realiza una filtración simple para remover material solido que dificulte los procesos de las etapas siguientes.
4. ETAPA DE SEPARACIÓN: La etapa de separación es soportada por un evaporador que opera a 40ºC y 50 mbar. Este es alimentado por la corriente final (después de la tercera etapa) de refinado y, debido a la diferencia de puntos de ebullición, se logra obtener dos corrientes de salida. La primera es la mezcla de solventes que se presenta en forma de vapor y la segunda en forma líquida contenida por los lípidos de interés. A la corriente de vapor que contiene el solvente se le realiza un proceso de condensación para ser recirculado nuevamente a la etapa de extracción.
5. TRANSESTERIFICACION/ESTERIFICACION: El biodiesel es uno de los combustibles renovables más prometedores. Consiste principalmente en una mezcla de ésteres alquílicos de ácidos grasos obtenidos a través de la esterificación / transesterificación de fuentes de lípidos con alcohol y en presencia de un catalizador. Como el énfasis del trabajo propuesto está basado en los lípidos que producen Biodiesel, hablar sobre especificaciones del proceso catalítico está fuera del alcance de este. [pic 1]

Diagrama 1.  Diagrama de flujo, proceso de extracción lipídica a partir de lodos primarios para la producción de biodiesel. 

1. Características físicas y químicas encontradas para la materia prima y para el producto final.

1. CARACTERIZACION DE LA MATERIA PRIMA (LODO): Como materia prima se tienen tres posibles efluentes del proceso del tratamiento de aguas residuales de las PTAR, lodos primarios, secundarios y la mezcla de estos dos anteriores. Según el análisis de los artículos de referencia, se decide tomar como materia prima los lodos primarios obtenidos en la parte inicial del tratamiento debido a que estos representan una mayor fuente de producción de Biodiesel respecto a los dos restantes y por ende su separación de lípidos para la producción es más eficiente. Esta materia prima es proveniente de una de las fases iniciales del tratamiento de estas aguas residuales en donde, luego de un asentamiento primario, se obtienen los primeros lodos que se juntan en un espesante de gravedad parcial para finalmente obtener la sedimentación de los mismos caracterizada por ser una combinación de grasas flotantes con sólidos recolectados de la fase de flotación.

También se determinó a partir de los artículos mencionados en la bibliografía el estado en que debe alimentarse la materia prima al proceso. En estos estudios se evaluó un pre-tratamiento de 30 minutos para eliminar material sólido y una acidificación a pH 2 mediante la adición de ácido clorhídrico debido a que, según el artículo, los componentes principales en los lodos son los jabones (principalmente sales de ácidos grasos de Calcio). Por lo tanto, se esperaría que la extracción pueda mejorarse utilizando un ácido fuerte para producir FFA que son más solubles en la fase orgánica y que se inician en los jabones de Calcio, aumentando la fracción lipídica extraída. Finalmente se determinó que al realizarle un tratamiento de ultrasonido o acidificar la muestra de lodo tienen poca influencia en el rendimiento del proceso escalado y, por ende, dichas intervenciones no dan un rendimiento mayor y significativo en la obtención de lípidos para la producción de Biodiesel por lo que en el presente trabajo no se incluirán dentro del proceso ni la etapa de acidificación, ni de pre-tratamiento. Es así que la caracterización puntual de la materia prima se define como lodos primarios sin un pre-tratamiento ni acidificación y sólo se tiene presente el acondicionamiento fisicoquímico y biológico.

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