PROCEDIMIENTO DE TRATAMIENTO DE FANGOS RESIDUALES.
La invención se refiere a un procedimiento de tratamiento de fangos residuales para optimizar la producción de biogás y la calidad del mismo,
así como la calidad del fango final obtenido. El procedimiento comprende las etapas de realizar una hidrólisis y extracción de metales previa de los fangos residuales, centrifugar para separar el sobrenadante que comprende metales del fango sedimentado, y someter el fango sedimentado a digestión anaerobia en condiciones microaerofílicas en un digestor anaerobio de mezcla completa para la eliminación de H2S
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201130892.
Solicitante: SOCAMEX S. A.
Nacionalidad solicitante: España.
Provincia: VALLADOLID.
Inventor/es: Acevedo Álvarez ,Abdón Fausto, Torio Acha ,Roberto, García Rodríguez,Laura.
Fecha de Solicitud: 31 de Mayo de 2011.
Fecha de Publicación: .
Fecha de Concesión: 18 de Enero de 2012.
Clasificación PCT:
- B01D53/52 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B01 PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL. › B01D SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda B03B, B03D, mesas o cribas neumáticas B03B, por vía seca B07; separación magnética o electrostática de materiales sólidos a partir de materiales sólidos o de fluidos, separación mediante campos eléctricos de alta tensión B03C; aparatos centrifugadores B04B; aparato de vórtice B04C; prensas en sí para exprimir los líquidos de las sustancias que los contienen B30B 9/02). › B01D 53/00 Separación de gases o de vapores; Recuperación de vapores de disolventes volátiles en los gases; Depuración química o biólogica de gases residuales, p. ej. gases de escape de los motores de combustión, humos, vapores, gases de combustión o aerosoles (recuperación de disolventes volátiles por condensación B01D 5/00; sublimación B01D 7/00; colectores refrigerados, deflectores refrigerados B01D 8/00; separación de gases difícilmente condensables o del aire por licuefacción F25J 3/00). › Sulfuro de hidrógeno.
- C02F11/04 QUIMICA; METALURGIA. › C02 TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA O FANGOS. › C02F TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA O FANGOS (procedimientos para transformar las sustancias químicas nocivas en inocuas o menos perjudiciales, efectuando un cambio químico en las sustancias A62D 3/00; separación, tanques de sedimentación o dispositivos de filtro B01D; disposiciones relativas a las instalaciones para el tratamiento del agua, agua residual o de alcantarilla en los buques, p. ej. para producir agua dulce, B63J; adición al agua de sustancias para impedir la corrosión C23F; tratamiento de líquidos contaminados por radiactividad G21F 9/04). › C02F 11/00 Tratamiento de los fangos; Dispositivos a este efecto. › Tratamiento anaerobio; Producción del metano por tales procesos.
- C02F3/28 C02F […] › C02F 3/00 Tratamiento biológico del agua, agua residual o de alcantarilla. › Procedimientos de digestión anaerobios.
PDF original: ES-2362852_A1.pdf
Fragmento de la descripción:
Procedimiento de tratamiento de fangos residuales.
Campo de la invención
La presente invención se refiere de manera general al campo del tratamiento y la depuración de aguas residuales. Más concretamente la invención se refiere a un novedoso procedimiento de tratamiento de los fangos residuales que proporciona una optimización de la producción de biogás así como una mejora de la calidad del biogás producido, al tiempo que mejora la calidad del fango final obtenido.
Antecedentes de la invención
Los procedimientos a los que se someten las aguas residuales a su paso por una estación depuradora genera unos residuos, conocidos como fangos de depuradora, cuyo destino incide igualmente en la calidad del medio ya que en ellos se concentran todos aquellos elementos contaminantes, orgánicos e inorgánicos, que se han retirado de las aguas residuales.
La tecnología más comúnmente empleada en el tratamiento de aguas residuales son los procesos de fangos activados dada su eficacia en la conversión de la materia orgánica biodegradable, normalmente por encima del 90%. El inconveniente principal de esta tecnología, además de una elevada inversión inicial y un alto coste del procedimiento, es la obtención de una gran cantidad de fangos al final del proceso. Dichos fangos tienen un alto contenido en biomasa orgánica, lo que hace que puedan valorizarse mediante un procedimiento de digestión anaerobia que disminuya su cantidad y permita un aprovechamiento energético del biogás generado.
Sin embargo, durante todo el proceso de tratamiento y digestión se produce una concentración de los posibles metales y contaminantes orgánicos presentes en los mismos que interfieren en el propio procedimiento de digestión al mismo tiempo que limitan su valorización agronómica dada su potencial acumulación en el suelo al cabo de aplicaciones reiteradas de los fangos de EDAR (Estación Depuradora de Aguas Residuales). En efecto, los fangos de depuradora pueden presentar ciertos niveles de metales pesados, que tras su aplicación al suelo pueden resultar tóxicos para las plantas, personas o animales.
De esta forma, los contenidos de determinados metales pesados como Cd, Cu, Cr, Hg, Ni, Pb y Zn, junto a otros metaloides como As o Se y elementos traza como Al y Mn, son los principales elementos que limitan la aplicación al suelo de los fangos de EDAR dado el riesgo que suponen para la salud humana y animal.
Se han empleado diferentes tecnologías para la posible extracción de metales en fangos de depuradora, principalmente en aquellos procedentes de sectores industriales que producen altas cargas contaminantes. Principalmente, se conocen cuatro procedimientos que proporcionan los mayores rendimientos y una mejor aplicabilidad desde el punto de vista técnico y económico en procedimientos de desmetalización de fangos; la extracción química, la biolixiviación, los procedimientos electrocinéticos y la extracción con fluidos supercríticos (véase Wong y Henry, 1988; Babel y del Mundo Dacera, 2006). De estos procedimientos, la extracción química es la que ha conseguido los mejores resultados de aplicación. Entre los compuestos extractantes más utilizados se encuentran principalmente ácidos inorgánicos, ácidos orgánicos, agentes quelantes y otros extractantes inorgánicos y orgánicos.
En los últimos años se han desarrollado sistemas que incorporan membranas, o bien individualmente o bien en combinación con agentes quelantes de los iones metálicos y con adsorbentes específicos (véase Juang y Shiau, 2000; Genç. et al., 2003).
Otro inconveniente de los procedimientos conocidos hasta la fecha es la presencia de azufre en los fangos para su digestión anaerobia. Se conoce que el azufre es uno de los macronutrientes necesarios para que tenga lugar la actividad metabólica de los microorganismos implicados en los procesos de tratamiento de aguas. Los microorganismos asimilan el azufre, de forma que presentan un contenido en azufre importante que varía entre el 0,625-1,25% y el 1,2-2,0%. Durante la digestión anaerobia del fango, el azufre celular se reduce a sulfuro. El sulfuro en fase acuosa puede encontrarse como H2S/HS-/S2- en función del pH. La presencia de este sulfuro produce una serie de problemas que afectan a la eficacia del tratamiento de fangos, principalmente:
- inhibición del proceso anaerobio de los microorganismos metanogénicos;
- disminución de la producción de metano;
- menor rendimiento de eliminación de DQO.
En el tratamiento de digestión anaerobio de fangos con elevados contenidos en azufre aparecen bacterias sulfatorreductoras (BSR) que compiten por el sustrato orgánico con las bacterias anaerobias involucradas en la metanogénesis (BM) generando sulfuro, que es la forma más estable del azufre en condiciones anaerobias. El sulfuro generado en el procedimiento anaerobio está en equilibrio con el H2S, Por lo tanto el biogás generado en el digestor anaerobio puede contener cantidades de H2S que causan problemas de corrosión de equipos e instalaciones así como un olor desagradable. En la actualidad, la solución empleada para este problema es la dosificación de sales metálicas (precipitándose sulfuros en el fango), y realizando lavado de gases.
Sin embargo, los procedimientos de la técnica anterior descritos previamente resultan ineficaces dado que el biogás producido en instalaciones de digestión anaerobia de fangos residuales en España presenta una concentración de H2S que supera los límites técnicos impuestos por las diferentes tecnologías de aprovechamiento energético.
Por tanto, sigue existiendo en la técnica la necesidad de un procedimiento de tratamiento de fangos residuales que permita una obtención optimizada de biogás con una calidad superior, es decir, un contenido en H2S inferior, al obtenido mediante las técnicas conocidas hasta ahora.
Asimismo, existe la necesidad de un procedimiento de tratamiento de fangos residuales que permita obtener fangos finales de calidad mejorada permitiendo su posterior uso agrícola al minimizar el impacto que estos fangos finales puedan producir sobre el medio ambiente.
Sumario de la invención
La presente invención se refiere por tanto a un procedimiento de tratamiento de fangos residuales obtenidos en una estación depuradora de aguas residuales, El procedimiento comprende las etapas de:
- realizar una hidrólisis y extracción de metales previa de los fangos residuales;
- centrifugar para separar el sobrenadante, que comprende metales, del fango sedimentado; y
- someter el fango sedimentado a digestión anaerobia en condiciones microaerofílicas en un digestor anaerobio de mezcla completa para la eliminación de H2S.
De este modo, gracias a la combinación de los tratamientos previos de hidrólisis y extracción de metales, con la separación por centrifugación y finalmente la digestión anaerobia en condiciones microaerofílicas, se obtiene una optimización del tratamiento de fangos residuales.
Concretamente, se proporciona de este modo, tal como se explicará detalladamente a continuación en el presente documento, un aumento de la producción de biogás, una mejora de la calidad de dicho biogás producido (es decir, una reducción de la cantidad de H2S presente en el biogás producido) así como la obtención de un fango final deshidratado, libre de metales y de olores desagradables. En efecto, el fango final obtenido presenta un mayor grado de higienización que los obtenidos mediante procedimientos de la técnica anterior, permitiendo de ese modo su uso adecuado en aplicaciones agrícolas al minimizar enormemente el impacto del mismo sobre el medio ambiente.
Breve descripción de los dibujos
La presente invención se entenderá mejor con referencia a los siguientes dibujos que ilustran ejemplos y realizaciones preferidas de la invención, proporcionadas a modo de ejemplo, y que no deben interpretarse como limitativas de la invención de ninguna manera.
La figura 1 representa un diagrama de una instalación para llevar a cabo el procedimiento según una realización preferida de la invención,
Las figuras 2A, 2B y 2C muestran gráficos que muestran las concentraciones de H2S y de O2 en el biogás producido según diversos ejemplos de realización del procedimiento de la presente invención.
Descripción detallada de la invención
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Reivindicaciones:
1. Procedimiento de tratamiento de fangos residuales caracterizado por que comprende las etapas de:
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que se obtienen las condiciones microaerofílicas mediante la introducción de un flujo de aire en el digestor anaerobio.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que se obtienen las condiciones microaerofílicas mediante la introducción de un flujo de aire enriquecido en oxígeno en el digestor anaerobio.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado por que la concentración en oxígeno del aire empleado es del 96%.
5. Procedimiento según cualquiera dé las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado por que el flujo de aire empleado es de 0,72 a 1,44 l aire/l fango alimentado día.
6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el digestor anaerobio comprende una cámara de biogás, realizándose una agitación dentro del digestor anaerobio mediante recirculación del biogás producido en la cámara de biogás dentro del digestor.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado por que la cámara de biogás representa el 20% del volumen total del digestor anaerobio.
8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 7, caracterizado por que la introducción de aire en el digestor anaerobio se realiza a través de la cámara de biogás.
9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la digestión anaerobia se realiza en condiciones mesófilas a una temperatura de 35º.
10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado por que se mantiene la temperatura del fango sedimentado mediante recirculación del fango y calentamiento del mismo por medio de un intercambiador de calor.
11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la extracción de metales se realiza a pH 2.
12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende además la etapa de añadir compuestos extractantes para favorecer la extracción de metales.
13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado por que los extractantes añadidos se seleccionan del grupo constituido por ácidos inorgánicos, ácidos orgánicos y agentes quelantes.
14. Procedimiento según la reivindicación 13, caracterizado por que los extractantes usados se seleccionan del grupo constituido por ácido cítrico y acetato.
15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado por que comprende además la etapa de filtrar el sobrenadante que comprende metales mediante membranas seleccionadas del grupo constituido por membranas de microfiltración y de ultrafiltración, para separar los metales de un flujo que contiene los extractantes empleados.
16. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado por que comprende además la etapa de purificar el flujo que contiene los extractantes empleados mediante resinas de intercambio catiónico, permitiendo así recircular dichos extractantes para su uso en el inicio del procedimiento.
17. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que se realiza el seguimiento analítico mediante cromatografía de gases de la composición del biogás obtenido.
18. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el tiempo de residencia del fango sedimentado en el digestor anaerobio es inferior a 20 días.
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