ES2226563A1 - Procedimiento de fabricacion de elementos ceramicos a partir de lodos de depuradoras de aguas residuales. - Google Patents
Procedimiento de fabricacion de elementos ceramicos a partir de lodos de depuradoras de aguas residuales.Info
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Abstract
Procedimiento de fabricación de elementos cerámicos a partir de lodos de depuradoras de aguas residuales. Procedimiento de fabricación de elementos cerámicos 5 consistentes en mezclas de arcilla 1 con lodos 2 de estaciones depuradoras de aguas residuales o industriales, y residuos agroforestales 3 ó de consistencia maderera previamente triturados, que comprende una etapa de pretratamiento 4, que consiste en dejar en reposo durante un intervalo de un mínimo de dos días, una mezcla de lodos con residuos agroforestales, a un intervalo controlado de temperatura y contenido en agua, de modo que los compuestos orgánicos de estructura química compleja, son degradados a estructuras químicas más simples, conllevando una disminución de la concentración de compuestos tóxicos y/o causantes de los olores desagradables, generados durante el procedimiento habitual de fabricación de los elementos cerámicos que contienen lodos. Con dicho procedimiento, los factores de emisión de compuestos orgánicos volátiles (COV) son menores, a la vez que se reducen las concentraciones de productos tóxicos, derivados de una combustión incompleta.
Description
Procedimiento de fabricación de elementos
cerámicos a partir de lodos de depuradoras de aguas residuales.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de fabricación de elementos cerámicos para la
construcción consistentes en mezclas de arcilla con lodos de
estaciones depuradoras de aguas residuales y residuos agroforestales
o de consistencia maderera, comprendiendo dicho procedimiento las
etapas de mezcla de la arcilla con los lodos y otros compuestos
orgánicos; humidificación y extrusión de la mezcla; conformación
del elemento cerámico y secado del mismo.
A raíz del problema de la eliminación del
excedente de lodo proveniente de las estaciones depuradoras de
aguas residuales, se han realizado esfuerzos para valorizar dichos
lodos como abonos en la agricultura y como material para la
fabricación de cerámica.
Un ejemplo de aprovechamiento de dichos lodos es
el que se describe en las patentes ES 009901916 y ES 009901918,
donde Cusido et al. describen procedimientos de fabricación
de elementos cerámicos basados en el uso de lodos de depuradoras de
aguas residuales juntamente con material arcilloso, hasta conseguir
la granulometría adecuada. Concretamente, en la patente ES 009901918
se describen un procedimiento de fabricación y un elemento cerámico
con propiedades ventajosas, consistentes dicho procedimiento y
elemento cerámico obtenido, en la mezcla de arcilla, lodo de
depuradora y residuos forestales, que aporta la consistencia
adecuada para ser manipulada en las etapas posteriores de
fabricación de citado elemento cerámico. También Lingl et al.
(US 4,112,033) y Hashimoto et al (US 4,874,153) describen
artículos cerámicos y métodos para su fabricación utilizando lodos
de depuradoras o de otras industrias.
Uno de los problemas que presentan los
procedimientos de fabricación para el aprovechamiento de lodos u
otros compuestos orgánicos residuales, es el de la liberación de
gases de olor desagradable y que contienen compuestos de elevada
toxicidad. Los lodos consisten en complejas mezclas de compuestos a
su vez muy complejos, como por ejemplo hidrocarburos alifáticos o
aromáticos ramificados de elevado peso molecular, compuestos
organometálicos, compuestos organohalogenados, tal como compuestos
organoclorados, etc., de manera que habitualmente a las
temperaturas de trabajo, aunque muy elevadas, no se produce una
completa oxidación de los mismos. De hecho en los procedimientos de
fabricación de elementos cerámicos, debido a la concentración
insuficiente de oxígeno en el interior del horno, no es correcto
hablar de combustión, pero tampoco de pirólisis en su fundamento.
Además si consideramos que las partículas de lodo quedan inseridas
en una matriz de material cerámico, podemos considerar que le
proceso consiste en un intermedio entre pirólisis y combustión. La
ventaja de un proceso de pirólisis frente a la combustión es que
los factores de emisión de compuestos orgánicos volátiles (COV) son
menores, pero contrariamente son generados productos tóxicos en
mayor proporción, denominados comúnmente "PIC" por "Product
of incomplete combustión".
En la patente US 4,112,033, Lingl et al.
proponen la adición de aceites a la mezcla de arcilla y lodo. De
este modo además de mejorar el rendimiento de la cocción, consiguen
disimular el olor desagradable de los gases emitidos durante el
proceso. En dicha patente se describe también que los gases, con un
alto contenido en compuestos orgánicos aromáticos, son quemados y
oxidados en un horno-túnel con la consiguiente
destrucción de cualquier patógeno procedente de la materia orgánica
que forma parte de la mezcla. También la patente US 4,874,153
propone una alternativa para minimizar la liberación del olor
ofensivo de los productos que contienen lodo de depuradora, en
este caso mediante la cocción del lodo antes de mezclarlo con algún
material plástico cerámico.
Aunque ventajoso y respetuoso con el medio
ambiente, el uso de lodos de depuradoras de aguas residuales para
la fabricación de elementos cerámicos, presenta además el problema
de la consecución de la granulometría adecuada, tal como se ha
apuntado anteriormente. El elevado contenido en agua de los lodos,
así como su consistencia, dificultan la aglomeración de partículas
hasta conseguir una distribución de tamaño de grano apta para el
uso requerido. Dicho inconveniente queda resuelto con el empleo de
mezclas ternarias, que incorporan un elemento granular
adicional.
El objeto de la presente invención resuelve
algunos de los inconvenientes mencionados y propone una solución
mejorada al problema de la toxicidad y mal olor de los gases
emitidos durante el procedimiento de fabricación.
El procedimiento de fabricación de elementos
cerámicos consistentes en mezclas de arcilla con lodo de depuradora
de aguas residuales o industriales y residuos agroforestales o de
consistencia maderera objeto de la presente invención, se
caracteriza porque comprende una etapa de pretratamiento de la
mezcla de los lodos y los residuos agroforestales, que consiste en
dejar reposar dicha mezcla un tiempo mínimo de dos días, en
presencia minoritaria de catalizadores, a un intervalo de
temperaturas comprendido entre 10°C y 50°C; y con un contenido en
agua no inferior al 50%, de modo que los compuestos orgánicos de
estructura química compleja, son degradados a estructuras químicas
más simples, conllevando una disminución de la concentración de
compuestos tóxicos y/o causantes de los olores desagradables,
generados en el procedimiento de fabricación de los elementos
cerámicos que contienen lodos.
Según otro aspecto de la invención, dicha etapa
de pretratamiento se lleva a cabo preferentemente en un intervalo
de temperaturas comprendido entre 18°C y 36°C, y con un contenido
en agua comprendido entre el 60% y el 90%.
El procedimiento objeto de la invención, también
se caracteriza porque parte de la mezcla de lodos con residuos
agroforestales de la etapa de pretratamiento, es reutilizada en la
etapa de pretratamiento posterior, con nueva mezcla de lodos y
residuos agroforestales, a modo de iniciador del proceso de
degradación de los compuestos orgánicos contenidos en la propia
mezcla.
A continuación se hace una descripción de una
forma de realización particular, no limitativa, del procedimiento
de fabricación de elementos cerámicos para la construcción objeto
de la invención, acompañándose de un dibujo que a título de ejemplo
facilita la comprensión del citado procedimiento. En dicho dibujo,
se aprecian las distintas etapas del procedimiento.
En el esquema representado puede apreciarse que
de acuerdo con el objeto de la presente invención, lodos 2
procedentes de una Estación Depuradora de Aguas Residuales (EDAR),
previamente acondicionados en una etapa de acondicionamiento 15 y
residuos agroforestales triturados 3, son conducidos a una
mezcladora 6, donde se obtiene una mezcla homogénea que es conducida
a un recinto 11, donde tiene lugar un pretratamiento 4 que
consiste en dejar reposar durante un intervalo de un mínimo de dos
días, en un rango de temperaturas comprendido entre 10°C y 50°C y
con un contenido en agua no inferior al 50% dicha mezcla de
residuos agroforestales 3 y lodos 2.
En dicho recinto 11, tiene lugar un proceso de
degradación de los compuestos orgánicos de cadena larga mediante la
acción microbiológica, de modo similar a los procedimientos del
compostaje de materia orgánica, que se denomina comúnmente de
precompostaje. El recinto 11 está dotado de dispositivos adecuados
de ventilación, no representados en la Fig. 1; de dispositivos de
extracción de gases 16 para su destrucción térmica posterior; y de
salidas de productos de lixiviación, no representados. La
temperatura del recinto 11 se mantiene en un rango comprendido
preferentemente entre 18°C y 36°C, controlando que el contenido en
agua esté comprendido preferentemente entre 60% y el 90%, de manera
que se den las condicionas idóneas para realizar un compostaje
corto, o precompostaje, de la mezcla de lodos 2 y residuos
agroforestales triturados 3.
Una vez finalizada la etapa de pretratamiento 4,
la mezcla de lodos 2 y residuos agroforestales 3 es conducida, de
la misma manera que la arcilla 1, procedente de un depósito 17, a
una mezcladora 7 donde los tres componentes se homogeneizan antes
de proseguir con una etapa de molinaje 8, que puede estar seguida
de una etapa de molinaje secundaria, realizada con una máquina de
molienda y homogeneización de productos para el refinado de masa
para elementos cerámicos 5, comúnmente denominada homodes.
Con el objetivo de favorecer y acelerar un nuevo
ciclo o etapa de pretratamiento 4, parte de la mezcla de lodos 2
con residuos agroforestales 3, queda retenida en el recinto 11.
Dicha parte contiene una elevada proporción en microorganismos,
seleccionados de forma natural, que actúan como iniciadores de la
próxima etapa de pretratamiento 4, resultando altamente eficaces
para la degradación de los compuestos orgánicos presentes en la
mezcla. De esta manera, cuando se incorpora nueva mezcla de lodos 2
y residuos agroforestales 3, se favorece el crecimiento
exponencial de estos microorganismos seleccionados y de los
microorganismos procedentes de los nuevos lodos 2, rentabilizando y
optimizando el rendimiento de la etapa de pretratamiento 4.
Seguidamente se procede a la conformación del
elemento cerámico 5 por medio de una extrusora 9, siendo secado el
elemento cerámico 5 en un secadero 10 adaptado para recibir aire
caliente. Una vez seco, el elemento cerámico 5 es conducido a un
horno 12, que en el caso representado corresponde a un
horno-túnel lineal y por el cual los elementos
cerámicos 5 avanzan sobre bloques de sobresolera a medida que se
van cociendo. De acuerdo con el procedimiento habitual de cocción
de elementos cerámicos 5 que comprenden materia orgánica, la curva o
ciclo de temperatura del horno se adecua al tipo de materia
orgánica que comprende, con el objetivo de evitar la presencia de
cualquier resto nocivo y/o contaminante en el producto final. En
el procedimiento según la invención se emplean preferentemente
temperaturas comprendidas entre 400°C y 500°C. Es también en la
etapa de cocción en el horno 12, cuando se generan y liberan más
factores de emisión, que comprenden compuestos tóxicos y/o
causantes de olores desagradables. El objeto de la presente
invención, mejora notablemente esta etapa del procedimiento de
fabricación de elementos cerámicos con lodos, disminuyendo los
factores de emisión a la vez que se disminuye la toxicidad de los
gases que los constituyen, especialmente la toxicidad de los gases
obtenidos por combustión incompleta.
En dicho esquema, también puede apreciarse que
los gases procedentes de la cocción de los elementos cerámicos 5,
son dirigidos a una torre de lavado de gases 13, donde por medio de
un circuito de agua se decantan las partículas que puedan contener
los gases, y donde el aire es filtrado antes de ser liberado a la
atmósfera, a través de un filtro 14, dispuesto contiguo a la torre
13, y que puede ser complementado por un sistema de
post-combustión de los gases, emitidos por el horno
cerámico.
Dentro de los hornos cerámicos y durante el
procedimiento de fabricación de elementos cerámicos, donde las
arcillas son mezcladas con materia orgánica de origen agroforestal,
se da una situación intermedia entre un proceso de combustión y un
proceso de pirólisis. Esta situación intermedia resulta del
encapsulamiento de la matriz orgánica dentro de la matriz
cerámica. Si bien en los procesos de pirólisis los factores de
emisión gaseosa suelen ser de un orden de magnitud inferior a los
correspondientes en los procesos de combustión, por el contrario, la
cantidad de compuestos de elevada toxicidad emitidos, es más
elevada. Dichos compuestos tóxicos consisten en compuestos
organoclorados del tipo triclorometanos; mercaptanos; sulfuros como
el disulfuro de metilo; aldehídos aromáticos; cetonas; nitrilos;
ésteres; aminas aromáticas; amidas alifáticas como acetamida;
hidrocarburos alifáticos lineales, ramificados y policíclicos;
hidrocarburos aromáticos como benceno o derivados de éste; sin
obviar trazas de furanos y dioxinas como las
policlorodibenzo-p-dioxinas, que si
bien no han sido detectados pueden aparecer debido a la complejidad
química de los compuestos iniciales presentes en las materias
primas empleadas en el procedimiento.
Con el procedimiento objeto de la invención, que
comprende una etapa de pretratamiento 4 de las mezclas de lodos 2 y
residuos agroforestales 3, asimilable a un precompostaje debido a
su corto tiempo de residencia, se consigue simultáneamente,
disminuir el volumen de emisión gaseosa y la concentración de
compuestos tóxicos emitidos a la atmósfera, o compuestos tóxicos a
tratar por filtración antes de ser emitidos a ésta, reduciendo
notablemente el impacto ambiental.
El procedimiento objeto de la invención, se
caracteriza porque los compuestos orgánicos residuales utilizados
para ser mezclados con los lodos son residuos agroforestales 3
tales como serrín de cortezas o madera, o cualquier compuesto que
contenga ligninas, así como restos de papel o de material
celulósico. Dichos residuos agroforestales 3 se emplean para
conseguir la granulometría que permite que los lodos 2 puedan ser
mezclados con la arcilla, lo que favorece el procedimiento de
degradación de los compuestos orgánicos. En particular, con la
presencia de residuos agroforestales 3 se consigue emplear
porcentajes de lodos 2 comprendidos entre el 25% y el 30%, muy por
encima de los utilizados habitualmente.
El procedimiento objeto de la invención, permite
obtener cualquier tipo de elemento cerámico 5 estructural de vía
húmeda como ladrillos, tejas, machihembrados tableros y
especialidades propias de este sector industrial.
Claims (3)
1. Procedimiento de fabricación de elementos
cerámicos (5) consistentes en mezclas de arcilla (1) con lodos (2)
de estaciones depuradoras de aguas residuales o industriales y
residuos agroforestales (3) o de consistencia maderera previamente
triturados, comprendiendo las etapas de mezcla de la arcilla con
los lodos y los residuos agroforestales; humidificación, extrusión y
conformación de la mezcla; y horneo y secado del elemento cerámico,
caracterizado porque comprende una etapa de pretratamiento
(4) que consiste en dejar en reposo durante un intervalo de un
mínimo de dos días, una mezcla de lodos con residuos agroforestales
en presencia minoritaria de catalizadores, a un intervalo de
temperatura comprendido entre 10°C y 50°C; y con un contenido en
agua no inferior al 50%, de modo que los compuestos orgánicos de
estructura química compleja, son degradados a estructuras químicas
más simples, conllevando una disminución de la concentración de
compuestos tóxicos y/o causantes de los olores desagradables,
generados durante el procedimiento habitual de fabricación de los
elementos cerámicos que contienen lodos.
2. Procedimiento de fabricación de elementos
cerámicos (5) según la reivindicación 1, caracterizado
porque el intervalo de temperatura preferido para la etapa de
pretratamiento (4) está comprendido entre 18°C y 36°C; y el
contenido en agua está comprendido entre el 60% y el 90%.
3. Procedimiento de fabricación de elementos
cerámicos (5) según una cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque parte de la mezcla de lodos
(2) con residuos agroforestales (3) de la etapa de pretratamiento
(4), es reutilizada en la etapa de pretratamiento de nueva mezcla
de lodos con residuos agroforestales, a modo de iniciador del
proceso de degradación de los compuestos orgánicos.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20050316 Kind code of ref document: A1 |
|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2226563B1 Country of ref document: ES |
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| FD1A | Patent lapsed |
Effective date: 20100315 |