ES2261020A1 - Procedimiento para reducir la carga contaminante de purines. - Google Patents
Procedimiento para reducir la carga contaminante de purines.Info
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Abstract
Procedimiento para reducir la carga contaminante de purines. Comprende las etapas de separar la fase sólida de la fase líquida de dichos purines previamente tratados con agente floculante, tratar biológicamente la fase líquida de dichos purines obtenida en la etapa anterior, en un reactor de tipo discontinuo secuencial, donde se lleva a cabo un proceso cíclico de nitrificación-desnitrificación, y se caracteriza por el hecho de que la separación de fases se lleva a cabo con purín diluido mediante fase líquida re-circulada de la etapa a), y por el hecho de que en la etapa b), la fase de decantación de los sólidos de dicho reactor se lleva a cabo en un depósito decantador situado fuera de dicho reactor. Es simple y económico, y obtiene un buen rendimiento en la reducción de carga contaminante.
Description
Procedimiento para reducir la carga contaminante
de purines.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para reducir la carga contaminante de purines
generados en explotaciones ganaderas, basado en un sistema de
tratamiento biológico que emplea procesos cíclicos de nitrificación
y desnitrificación, llevados a cabo en un reactor discontinuo
secuencial o SBR.
La reducción de la carga contaminante de los
purines constituye una necesidad ambiental de primer orden, puesto
que, en la actualidad, el volumen de purines generado en las granjas
excede a la superficie agrícola disponible para su aplicación como
abo-
no.
no.
Son conocidos una gran diversidad de
procedimientos para reducir la carga contaminante de los purines
generados en las explotaciones ganaderas y reducir, de este modo, la
superficie agrícola necesaria para su aplicación.
En el estado de la técnica, existen
procedimientos para reducir la carga contaminante de purines que
comprenden una primera fase en la que se lleva a cabo la separación
de las fases sólida y líquida del purín, mediante, por ejemplo,
centrífugas, y, una segunda fase, en la que se trata la fase líquida
procedente de la separación, mediante diferentes tratamientos
biológicos.
El elevado contenido en materia orgánica y
nitrógeno de los purines hace que los tratamientos biológicos más
adecuados para reducir su carga contaminante sean aquellos que
combinan la nitrificación y la desnitrificación, puesto que
posibilitan la eliminación conjunta de materia orgánica y de
nutrientes como el nitrógeno.
Son conocidos sistemas de tratamiento biológico
para el tratamiento de aguas residuales, basados en procesos
cíclicos de nitrificación y desnitrificación que se llevan a cabo en
un reactor de tipo discontinuo secuencial o "Sequential batch
reactor", en adelante reactor SBR.
En dichos reactores SBR, la fase de nitrificación
se lleva a cabo cuando se airea el reactor, de modo que se generan
lodos activados, al tiempo que se convierte el nitrógeno amoniacal a
nitritos y, posteriormente, a nitratos. La fase de desnitrificación
tiene lugar cuando se agita el reactor biológico, con aporte de
materia orgánica y sin aporte de aire, de modo que se lleva a cabo
la conversión de los nitratos a nitrógeno en forma de gas, que se
libera a la atmósfera.
Los sistemas de tratamiento biológico conocidos
que emplean reactores SBR se caracterizan por el hecho de que, en el
mismo tanque o reactor, se llevan a cabo los procesos de aireación,
sedimentación y clarificación, por lo que presentan la ventaja,
respecto a otros tratamientos convencionales, de que eliminan la
necesidad de tener un tanque de sedimentación secundario.
El empleo de reactores de tipo secuencial o SBR
para el tratamiento biológico de purines resulta "a
priori" muy recomendable, puesto que dichos reactores
presentan la ventaja, además de que resultan muy eficientes para la
eliminación de materia orgánica y nitrógeno, de que toleran cargas
hidráulicas y orgánicas muy variables, como las que tienen lugar en
las plantas de tratamiento de purines.
Sin embargo, el empleo de dichos reactores SBR
para el tratamiento de purines presenta los inconvenientes que se
describen a continuación.
Para que los procesos biológicos que se llevan a
cabo en el reactor funcionen correctamente, es imprescindible que
el purín que alimenta el reactor SBR tenga un bajo contenido en
sólidos totales, lo cual resulta difícil de conseguir con los
equipos mecánicos de separación sólido/líquido que se conocen
actualmente y los agentes floculantes empleados.
La elevada carga contaminante de los purines,
obliga al diseño de reactores SBR de elevado volumen, para poder
mantener la calidad del efluente, lo cual encarece y dificulta
técnicamente el proceso de tratamiento.
La solución que propone el solicitante se basa en
diseñar un procedimiento de tratamiento de purines que obtiene un
rendimiento de reducción de contaminantes óptimo, mediante el empleo
de reactores de tipo discontinuo secuencial o SBR.
El objetivo de la presente invención es resolver
los inconvenientes mencionados, desarrollando un procedimiento de
tratamiento de purines que es eficiente, simple y económico, y que
permite obtener un buen rendimiento en la reducción de la carga
contaminante de los purines.
De acuerdo con este objetivo, el procedimiento
para reducir la carga contaminante de purines de la presente
invención comprende las etapas de:
a) separar la fase sólida de la fase líquida de
dichos purines previamente tratados con agente floculante.
b) tratar biológicamente la fase líquida de
dichos purines obtenida en la etapa anterior, en un reactor de tipo
discontinuo secuencial, donde se lleva a cabo un proceso cíclico de
nitrificación-desnitrificación, y se caracteriza
por el hecho de que la separación de fases se lleva a cabo con purín
diluido mediante fase líquida re-circulada de la
etapa a), y por el hecho de que, en la etapa b), la fase de
decantación de los sólidos de dicho reactor se lleva a cabo en un
depósito situado fuera de dicho reactor.
Preferentemente, dicha etapa a) se lleva a cabo
mediante una centrífuga.
Sorprendentemente, la dilución del purín mediante
fase líquida re-circulada, mejora el rendimiento de
reducción de sólidos totales de la separación de fases, puesto que
la dilución facilita la captura de sólidos de pequeño tamaño por
parte del agente floculante. De este modo, la fase líquida que se
obtiene en la separación de fases presenta una baja concentración
de sólidos totales, por lo que resulta óptima para ser tratada
mediante un reactor discontinuo secuencial o SBR.
También sorprendentemente, a diferencia de lo que
resulta habitual en los reactores SBR del estado de la técnica, en
el procedimiento de la presente invención se propone llevar a cabo
la decantación de los sólidos del reactor SBR en un depósito
externo a él. De este modo, se aumenta la capacidad de tratamiento
del reactor, sin necesidad de aumentar su volumen, convirtiéndose en
factor limitante de diseño, el caudal de alimentación más que la
carga másica que recibe el reactor.
Gracias a las características descritas, el
procedimiento de la presenta invención presenta las ventajas,
respecto a los procedimientos conocidos de tratamiento de purines,
de que es eficiente, simple y económico, y de que, gracias al
empleo de un reactor discontinuo de tipo secuencial o SBR, el
sistema tolera cargas hidráulicas y orgánicas muy variables y posee
una elevada eficiencia en la reducción conjunta del contenido de
materia orgánica y nitrógeno de los purines.
Preferentemente, en dicho reactor se lleva a cabo
una fase de predecantación de los sólidos. De este modo, se reduce
la cantidad de sólidos que llega al depósito exterior decantador y,
por lo tanto, la posibilidad de que en dicho depósito tengan lugar
procesos de desnitrificación, que resultan perjudiciales para llevar
a cabo una óptima decantación. La fase de predecantación también
presenta la ventaja de que retiene una parte de sólidos en el
reactor, evitando, de este modo, una reducción drástica del número
de microorganismos y, por lo tanto, de la capacidad de tratamiento
de dicho reactor.
También preferentemente, la fase líquida del
purín obtenida en la etapa a) comprende un porcentaje de sólidos
totales inferior a 1,5%, que posibilita el funcionamiento correcto
del proceso biológico que se lleva a cabo en la etapa b).
Otra vez preferentemente, los sólidos
sedimentados en la fase de decantación son recirculados a dicho
reactor. De este modo, los microorganismos que contienen dichos
sólidos retornan al reactor y, por lo tanto, vuelven a actuar en la
etapa de tratamiento biológico.
Ventajosamente, después de la etapa a) se lleva a
cabo el tratamiento por ultrasonidos de la fase líquida del purín.
Gracias a dicho tratamiento, se ve aumentada la tasa de reducción de
compuestos orgánicos del procedimiento y, con ello, disminuido el
volumen del reactor, puesto que moléculas poco degradables, son
fraccionadas en moléculas de menor tamaño que, de este modo, son
degradadas con facilidad.
También ventajosamente, después de la etapa b) se
lleva a cabo el tratamiento por ultrasonidos del efluente del
tratamiento biológico. Gracias a dicho tratamiento, puede verse
disminuido el consumo de reactivos a utilizar en un posible
tratamiento terciario físico-químico del efluente de
dicho tratamiento biológico.
Según una realización preferida, después de la
etapa b) se lleva a cabo un sistema de tratamiento por
infiltración-percolación del efluente del
tratamiento biológico.
La infiltración-percolación
constituye un tratamiento biológico, adicional al ya existente en el
procedimiento, que viene a incrementar las tasas de reducción de
materia orgánica y nutrientes del sistema, permitiendo obtener un
efluente apto para ser vertido en cauces públicos.
Según otra realización preferida, después de la
etapa b), se lleva a cabo el tratamiento
físico-químico del efluente del tratamiento
biológico. Dicho tratamiento complementa la depuración llevada a
cabo en la etapa biológica, permitiendo también obtener un efluente
apto para ser vertido en cauces públicos.
A continuación se describe una realización
preferida del procedimiento para reducir la carga contaminante de
purines de la presente invención.
En dicha realización, el purín fresco a tratar
proviene de una fosa de una explotación porcina en la que se recogen
los purines generados por los animales, en este caso cerdos de
engorde. La composición del purín fresco a tratar varía a lo largo
del tiempo. Así, por ejemplo, se observa que la concentración de
sólidos totales oscila entre el 2% y el 10%.
El proceso se inicia realizando una separación de
fases del purín fresco mediante una centrífuga. El objetivo de esta
etapa del procedimiento es reducir la concentración de sólidos
totales del purín hasta llegar a valores inferiores al 1,5%,
necesarios para que el proceso biológico que se lleva a cabo en la
etapa posterior funcione de manera óptima.
Para mejorar el rendimiento de separación de
sólidos en la centrífuga, el purín fresco se trata, antes de
centrifugar, con agentes floculantes. Los agentes floculantes
utilizados son polielectrolitos que se inyectan directamente en la
tubería que alimenta la centrífuga.
Una vez que se obtiene fase líquida de la
centrífuga, una parte de ésta se recircula a un depósito en el que
se lleva a cabo la mezcla homogénea de dicha fase líquida con purín
fresco proveniente de la fosa. De este modo, el purín fresco es
diluido mediante dicha fase líquida recirculada de la
centrifugación. Se ha observado que dicha dilución mejora el
rendimiento de separación de sólidos de la centrífuga, puesto que
permite que los polielectrolitos puedan capturar los sólidos de
pequeño tamaño. Así, utilizando la dilución, los rendimientos de
eliminación de sólidos totales de la etapa de centrifugación llegan
a estar entre el 70% y el 90% del contenido de sólidos totales del
purín fresco.
El grado de dilución que se lleva a cabo es el
necesario para conseguir que las concentraciones de sólidos totales
del purín escurrido a la salida de la centrífuga estén por debajo
del 1,5%. En este sentido, en la realización que nos ocupa, se ha
observado que, en general, si el purín diluido que entra a la
centrífuga presenta valores de concentración de sólidos totales
inferiores al 3,5%, pueden conseguirse escurridos de centrífuga con
concentraciones inferiores al 1,5%, aptos para ser tratados
biológicamente en el reactor biológico de la etapa posterior.
La reducción de sólidos que se lleva a cabo en la
etapa de centrifugación, supone, además de una reducción importante
del volumen de purín a tratar, una reducción de la carga
contaminante del purín, en especial del Nitrógeno y de los
compuestos orgánicos no solubles. Por lo que se refiere al nitrógeno
total, el rendimiento de eliminación oscila entre el 40% y 50% del
nitrógeno que contiene el purín fresco.
El escurrido o fase líquida de purín que se
obtiene en la etapa de centrifugación, es almacenado en un depósito
para ser posteriormente tratado biológicamente en un reactor de tipo
discontinuo secuencial o SBR, donde se lleva a cabo un proceso
cíclico de nitrificación-desnitrificación.
Opcionalmente, antes de entrar en el reactor
biológico, el escurrido o fase líquida de purín puede ser tratado
con ultrasonidos, al objeto de fraccionar moléculas orgánicas poco
degradables en moléculas de menor tamaño, y así, incrementar la
tasa de reducción de compuestos orgánicos del reactor, pudiendo
verse con ello reducido el volumen de dicho reactor.
El objetivo de la etapa de tratamiento biológico
es realizar una eliminación conjunta de materia orgánica y
nutrientes del purín escurrido en la centrífuga, que permita una
reducción significativa de la superficie agrícola necesaria para
llevar a cabo la aplicación agrícola del efluente a la salida del
tratamiento biológico.
En el reactor biológico SBR, se lleva a cabo un
proceso cíclico de nitrificación-desnitrificación
mediante la repetición de una secuencia de tratamiento que comprende
una fase de alimentación del reactor, una fase de agitación sin
aportación de aire y una fase de aireación. Estas tres fases se
repiten un número determinado de veces, antes de llevar a cabo la
fase de decantación de los sólidos del reactor, la cual, a
diferencia de lo que es habitual en los reactores de tipo
discontinuo o SBR conocidos en el estado de la técnica, se lleva a
cabo en un depósito decantador situado fuera del reactor.
En la fase de alimentación, el reactor recibe
fase líquida o centrado procedente de la centrífuga. Tal y como ya
se ha comentado, en la realización que se describe se ha observado
que el tratamiento biológico llevado a cabo en el reactor, funciona
correctamente cuando el centrado o fase líquida procedente de la
centrífuga contiene un porcentaje de sólidos totales inferior al
1,5%. A esta concentración de sólidos totales, se ha observado que
la carga orgánica contaminante, expresada en términos de
concentración de Demanda Química de Oxígeno (DQO), así como el
contenido en nitrógeno total del centrado que entra al reactor, se
encuentran en general por debajo de los 35.000 ppm y 6.000 ppm,
respectivamente.
En la fase de agitación, la biomasa del reactor,
junto con el centrado o fase líquida recibida en la fase de
alimentación, son agitados sin aportación de aire, dando lugar al
proceso de desnitrificación. En dicho proceso, se produce la
conversión del nitrógeno en forma de nitratos a nitrógeno en forma
de gas, el cual se elimina, liberándose a la atmósfera.
En la fase de aireación, la biomasa del reactor
es aireada y mantenida en suspensión, dando lugar al proceso de
nitrificación. En dicho proceso, se produce la conversión del
nitrógeno en forma amoniacal a nitritos y, posteriormente, a
nitratos.
Una vez finalizado el proceso cíclico de
nitrificación-desnitrificación, después de repetir
un número determinado de veces la secuencia de fases de
alimentación, agitación y aireación, debe de llevarse a cabo la
sedimentación de los sólidos del líquido contenido en el reactor,
para poder así obtener el clarificado o sobrenadante que constituye
el efluente final del tratamiento biológico.
Tal y como ya se ha comentado, la sedimentación
de los sólidos del reactor se lleva a cabo mediante una fase de
decantación que se realiza en un depósito decantador situado fuera
del reactor. Ello ha permitido, mantener la carga másica o carga
contaminante descargada por unidad de tiempo en el reactor, sin
necesidad de aumentar el volumen del reactor, ni deteriorar la
calidad del efluente.
En la realización que se describe, previo a la
fase decantación de sólidos en el depósito externo al reactor, se
ha previsto una fase de predecantación de sólidos en el propio
reactor. En dicha fase, se deja de agitar y airear el reactor, con
el fin de preclarificar el sobrenadante. El objetivo de la fase
previa de decantación en el reactor, es reducir la cantidad de
sólidos que llega al depósito decantador exterior y, con ello, la
posibilidad de que en dicho depósito tengan lugar procesos de
desnitrificación, que resultan perjudiciales para llevar a cabo una
óptima decantación. Además, la predecantación también permite
retener una parte de sólidos, evitando, de este modo, una reducción
drástica del número de microorganismos y, por lo tanto, de la
capacidad de tratamiento del reactor.
En la realización que se describe, los tiempos
empleados en la fase de predecantación, han sido del orden de 1,5
horas, obteniéndose un sobrenadante con un contenido de sólidos
suspendidos comprendido entre 150 mg/l y 2.000 mg/l. Dicho
sobrenadante es enviado al depósito decantador exterior donde tiene
lugar la sedimentación por gravedad de los sólidos o fango
biológico, por un periodo aproximado de 24 horas. Tras este periodo
de decantación, se obtiene un clarificado o sobrenadante que
constituye el efluente final del tratamiento biológico.
Los sólidos que quedan sedimentados en el
decantador, son retornados al reactor. De este modo, los
microorganismos que contienen dichos sólidos pueden volver a actuar
en el tratamiento biológico. Por lo que se refiere a los sólidos
contenidos en el reactor, periódicamente se lleva a cabo una purga
para mantener constante la población de microorganismos en el
reactor. Los sólidos o fango biológico purgado, son espesados,
obteniéndose una fracción sólida que se gestiona como residuo, y
una fracción líquida que es retornada a la etapa de centrifugación
del procedimiento de la invención.
En la etapa de tratamiento biológico que se ha
descrito, se ha llevado a cabo una reducción muy importante de los
sólidos, carga orgánica contaminante y nitrógeno de la fase líquida
de purín obtenida en la centrífuga. Por lo que se refiere a los
sólidos, el rendimiento de eliminación oscila entre el 50% y 60%,
mientras que para el nitrógeno total, el rendimiento de eliminación
oscila entre el 94% y 95% del nitrógeno contenido en la fase
líquida o centrado de purín de la centrífuga.
Sorprendentemente, el procedimiento de la
presente invención es simple y económico, y permite obtener unos
elevados rendimientos de eliminación de carga orgánica contaminante
y nutrientes, especialmente del nitrógeno contenido en el
purín.
La reducción de la carga contaminante del purín
fresco tratado con el procedimiento de la invención, especialmente
del nitrógeno, posibilita una reducción de la superficie agrícola
necesaria para la aplicación agrícola de dicho purín, lo cual
incidirá directamente en una mejora de la gestión de los excedentes
de purines generados en las explotaciones ganaderas.
Tal y como se ha comentado en la descripción de
la invención, a pesar de que no se describe en la realización
preferida, la tasa de reducción de carga contaminante del efluente
del proceso puede verse mejorada hasta llegar a valores para los
que el efluente final es apto para ser vertido en cauces públicos.
Para ello, tras el tratamiento biológico de la etapa b), puede
llevarse a cabo un sistema de tratamiento biológico adicional por
infiltración-percolación o un tratamiento
físico-químico del efluente. En el caso de que se
lleve a cabo el tratamiento físico-químico,
resultará útil realizar un tratamiento por ultrasonidos del
efluente, antes de entrar al tratamiento
físico-químico, al objeto de ayudar a disminuir el
consumo de reactivos.
Claims (9)
1. Procedimiento para reducir la carga
contaminante de purines que comprende las etapas de:
a) separar la fase sólida de la fase líquida de
dichos purines previamente tratados con agente floculante.
b) tratar biológicamente la fase líquida de
dichos purines obtenida en la etapa anterior, en un reactor de tipo
discontinuo secuencial, donde se lleva a cabo un proceso cíclico de
nitrificación-desnitrificación,
caracterizado por el hecho de que la
separación de fases se lleva a cabo con purín diluido mediante fase
líquida re-circulada de la etapa a), y por el hecho
de que en la etapa b), la fase de decantación de los sólidos de
dicho reactor se lleva a cabo en un depósito decantador situado
fuera de dicho reactor.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que la etapa a) se lleva a cabo
mediante una centrífuga.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que en dicho reactor se lleva a
cabo una fase de predecantación de dichos sólidos.
4. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que la fase líquida del purín
obtenida en la etapa a) comprende un porcentaje de sólidos totales
inferior a 1,5.
5. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que los sólidos sedimentados en
la fase de decantación son re-circulados a dicho
reactor.
6. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado por el hecho de que después de la etapa a) se
lleva a cabo el tratamiento por ultrasonidos de la fase líquida del
purín.
7. Procedimiento según las reivindicaciones 3 ó
6, caracterizado por el hecho de que después de la etapa b),
se lleva a cabo el tratamiento por ultrasonidos del efluente del
tratamiento biológico.
8. Procedimiento según las reivindicaciones 3 ó
6, caracterizado por el hecho de que después de la etapa b),
se lleva a cabo un sistema de tratamiento por
infiltración-percolación del efluente del
tratamiento biológico.
9. Procedimiento según las reivindicaciones 3, 6
ó 7, caracterizado por el hecho de que después de la etapa
b), se lleva a cabo el tratamiento físico-químico
del efluente del tratamiento biológico.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200401763A ES2261020B1 (es) | 2004-07-19 | 2004-07-19 | Procedimiento para reducir la carga contaminante de purines. |
Applications Claiming Priority (1)
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| ES200401763A ES2261020B1 (es) | 2004-07-19 | 2004-07-19 | Procedimiento para reducir la carga contaminante de purines. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2261020A1 true ES2261020A1 (es) | 2006-11-01 |
| ES2261020B1 ES2261020B1 (es) | 2007-11-01 |
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ID=37310346
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200401763A Expired - Fee Related ES2261020B1 (es) | 2004-07-19 | 2004-07-19 | Procedimiento para reducir la carga contaminante de purines. |
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|---|---|
| ES (1) | ES2261020B1 (es) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MD4015C2 (ro) * | 2009-02-20 | 2010-09-30 | Государственный Университет Молд0 | Procedeu de epurare a apelor reziduale de azot amoniacal |
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| WO2002072485A2 (en) * | 2001-02-23 | 2002-09-19 | V.A.I. Ltd. | Methods and apparatus for biological treatment of waste waters |
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2004
- 2004-07-19 ES ES200401763A patent/ES2261020B1/es not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| ES2261020B1 (es) | 2007-11-01 |
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| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20061101 Kind code of ref document: A1 |
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| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2261020B1 Country of ref document: ES |
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| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20180809 |