ES2273798T3 - Procedimiento de fitodepuracion del agua residual de molienda de aceituna y planta relacionada. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de depuración de agua residual de molienda de aceituna que comprende las etapas de: proporcionar una zona de tratamiento que consiste en una bandeja absorbente cerrada, impermeabilizada y dividida en una capa inferior de drenaje y una capa superior de suelo local; y plantar plantas arbóreas resistentes al agua residual de molienda de aceituna pertenecientes a las siguientes familias: Betulaceae, Platanaceae, Magnoliaceae, Aceraceae, Mirtaceae, Yuglandaceae, Caprifoliaceae, Labiateae, Tiliaceae, Apocynaceae, Salicaceae, Pinaceae, Fagaceae, Cupressaceae y mezclas relacionadas; y hacer fluir el agua residual de molienda de aceituna bruto hacia la capa de drenaje; y permitir un procedimiento anaeróbico-aeróbico microbiano en dos etapas temporal y espacialmente separadas, en el que la primera etapa consiste en una degradación anaeróbica ligada al descanso vegetativo de dichas plantas arbóreas resistentes al residuo, y la segunda etapa explota una degradación aeróbica posterior ligada a la actividad vegetativa de dichas plantas arbóreas resistentes al residuo.
Description
Procedimiento de fitodepuración del agua
residual de molienda de aceituna y planta relacionada.
El objeto de esta invención es un procedimiento
de fitodepuración de agua residual de molienda de aceituna y planta
relacionada. El procedimiento hace uso particularmente de plantas
arbóreas.
Entre todos los tipos diferentes de residuos
agroindustriales, el agua residual de molinos de aceite, debido a
su acidez, a una contaminación significativa por compuestos
fenólicos, a la presencia de sustancias en suspensión y, sobre
todo, a su alto contenido orgánico (DQO
30.000-150.000 mg/l), tiene la tasa de contaminación
más alta. Estos rasgos fueron decisivos para determinar la decisión
de prohibir el vertido directo del agua residual de molienda de
aceituna en aguas superficiales, como en cambio tradicionalmente
solía suceder en el pasado. Para empeorar la situación, debe
considerarse también la naturaleza estacional de la producción
(habitualmente de noviembre a febrero) y su alta fragmentación
territorial. La industria de la extracción de aceite de oliva está
constituida por una gran multitud de pequeñas plantas de
transformación, en la que los costes debidos a la purificación del
agua residual de molienda de aceituna no están apropiadamente
integrados en la gestión empresarial. Hasta la fecha, se han
utilizado muchos procedimientos diferentes para depuración del agua
residual de molienda de aceituna. Sin embargo, ninguno de ellos
podía resolver completamente todos los problemas relacionados, al
no ser totalmente efectivos en la reducción del material
contaminante, o demasiado caros, o necesitar una mano de obra
estrictamente especializada o presentar fuertes restricciones
ligadas a las considerables cantidades de agua residual de molienda
de aceituna. Analizando separadamente algunos de los procedimientos
principales para purificación de agua residual de molienda de
aceituna, surgen las siguientes limitaciones:
- -
- Estancamiento: necesidad de amplias zonas para los colectores de fango en los que el agua residual de molienda de aceituna se degrada naturalmente; mal olor e insectos; riesgo de filtración y consiguiente contaminación del manto freático.
- -
- Purificación físico-química/aeróbica-anaeróbica: Producción de biogás: la generación de un efluente negro que contiene todavía un 20% del material orgánico de partida; necesita por lo tanto tratamientos caros adicionales. Digestión biológica centralizada (lodo activado): necesidad de una inversión para sobredimensionamiento de planta debido al alto contenido de material orgánico en el agua residual de molienda de aceituna; funcionamiento completo sólo en cortos periodos de tiempo, correspondientes a la producción de agua residual de molienda de aceituna.
- -
- Incineración: alto consumo de energía; altamente contaminante para la atmósfera; ausencia de reciclado de agua y material orgánico.
- -
- Producción de biomasa proteica: problemas económicos y de gestión debidos a la discontinuidad del procedimiento de fermentación; obtención de efluentes que presentan una actividad antibiótica relevante, por lo tanto apenas degradables.
- -
- Ultrafiltración y ósmosis inversa: rápido agotamiento de membrana por la presencia en el agua residual de molienda de aceituna de agentes impermeables al agua y repelentes del agua.
- -
- Concentración térmica: obtención de aguas contaminantes con bajo pH y alta DBO (demanda bioquímica de oxígeno); no está permitido el drenaje a ríos, consiguientemente alto coste del procedimiento de evaporación.
- -
- Irrigación fertilizante: concentración de sales y aumento de la acidez en el suelo; efecto fitotóxico derivado de la presencia de una gran cantidad de fenoles.
Parece claro, entonces, lo lejos de solucionarse
que está el problema de depuración de agua residual de molienda de
aceituna. Todos los procedimientos descritos anteriormente presentan
límites técnico-económicos y/o legales evidentes.
La fitodepuración, pretendida como un procedimiento basado en un
desarrollo guiado y asociado de especies vegetales y
microorganismos peculiares, puede representar la solución apropiada,
superando todos los límites que hacen inadecuados los
procedimientos anteriormente expuestos. Un diseño de planta
sencillo, bajos costes de construcción y funcionamiento, la no
necesidad de mano de obra especializada, bajo impacto ambiental y
retorno económico, hacen a la fitodepuración una herramienta
posiblemente útil en la resolución del problema del agua residual.
Hasta la fecha, las plantas de fitodepuración se han utilizado
eficazmente casi solamente en tratamientos de residuos domésticos o
asimilables (en los que el residuo asimilable, de forma similar al
doméstico, se caracteriza por un bajo contenido orgánico y
producción diaria). Las plantas de fitodepuración desarrolladas
para residuos domésticos pueden dividirse entre sistemas de flujo
(superficial y subsuperficial) y terreno encharcado (en el que el
agua sumerge o impregna la superficie del suelo durante suficiente
tiempo para mantener, cada año, condiciones de suelo saturado y
vegetación relacionada). Por esta razón, se eligieron plantas
macrófitas de los terrenos encharcados típicos (como Typha,
Phragmites, Scirpus, Iris, etc.)
Otro sistema diferente consiste en tanques
absorbentes, depósitos confinados bajo el nivel del suelo en los
que el fondo está hecho de material inerte dividido en capas que
presenta diferente granulometría de capa, mientras que el sustrato
cultivado forma la parte superior. Los más utilizados son árboles
adultos, no de bosque, habitualmente perennes como, por ejemplo,
Arundinaria (bambú), Acuba, Calycantus, Cornus,
Cotoneaster, Sambucus y Laurus. Las estructuras
anteriormente citadas son absolutamente inadecuadas para el
tratamiento de agua residual de molienda de aceituna debido a que su
producción, diferentemente a la doméstica, se caracteriza por
cantidades masivas en un periodo muy corto y limitado del año (de
noviembre a febrero), por un enorme contenido de material orgánico
y por una acción fitotóxica dañina.
La presente invención pretende proporcionar a la
industria del aceite de oliva un nuevo sistema para la eliminación
del agua residual de molienda de aceituna que sea eficaz, barato,
fácilmente aplicable en el mundo rural y que podría proporcionar
también un retorno económico. El objeto de la invención es un
procedimiento de depuración de agua residual de molienda de
aceituna que combina la actividad metabólica de microorganismos con
la estimulación de la flora rizosférica ejercida por los exudados
de raíz de algunas plantas, que resultó sorprendentemente adecuado
para esta tarea particular. Este procedimiento puede ejecutarse en
una planta de tanque absorbente constituida por dos secciones
separadas, una de drenaje y otra de medio de crecimiento de árbol.
El procedimiento de fitodepuración, tema de la presente invención,
utiliza los mecanismos naturales de degradación aeróbica y
anaeróbica microbianas, así como la capacidad de los árboles de
estimular, mediante los exudados de raíz, la población rizosférica,
es decir, la comunidad microbiana que coloniza la zona del suelo
cercana a las raíces. El procedimiento consiste en una primera
degradación del agua residual de molienda de aceituna durante su
producción de noviembre a febrero, causada por la actividad de
microorganismos; los árboles están en esta época del año en
descanso vegetativo y coexisten en este estado con el residuo. Al
retomar las funciones vegetativas de los árboles, el residuo se
habrá degradado ya parcialmente y habrá puesto a su disposición
elementos bioasimilables. Estos componentes pueden utilizarse como
nutrientes también por los organismos rizosféricos (micorrizales
incluidos). Utilizando plantas que proceden de familias que
resultan, en procedimientos experimentales, inesperadamente
resistentes a la acción fitotóxica del residuo, y que muestran en su
presencia un crecimiento fisiológico adecuado, la población
microbiana del suelo recibe una estimulación dirigida indirecta. Se
consigue sin embargo la degradación de compuestos orgánicos y
fenólicos y la transformación en material humificado y componentes
asimilables (por la planta). Este procedimiento funciona, en
conjunto, como un "biorreactor a cielo abierto", en el que los
parámetros internos están regulados por los árboles, que se
comportan como biosensores naturales de las condiciones siguientes,
como usuarios de nutrientes y como estimulantes "continuos" de
la actividad metabólica de los microorganismos.
El procedimiento de fitodepuración para drenaje
de agua residual de molienda de aceituna, tema de la presente
invención, puede ejecutarse en una planta que contiene uno o más
tanques absorbentes impermeables al agua, constituido cada uno por
dos secciones separadas, una de drenaje y otra de medio de
crecimiento de árbol:
- -
- una sección inferior constituida por una capa de drenaje que ocupa de 70 a 30% de la altura de la planta, hecha de material inerte (por ejemplo, grava gruesa, pedernales, guijarros, etc.) caracterizado por una alta macroporosidad y que contiene opcionalmente material poroso (arcilla expandida, piedra pómez, etc.). Dentro de esta capa, se encontrará una conducción, diseñada según estándares adecuados determinados por expertos en el campo, para flujo de entrada y descendente homogéneo del agua residual de molienda de aceituna. Aquí se asienta el agua hasta el comienzo de la siguiente estación de aceite de oliva, cuando se introducirá nueva agua residual de molienda de aceituna en la planta a través de la conducción existente.
- -
- Una capa superior que ocupa de 70 a 30% de la altura de la planta, hecha de suelo local apropiadamente mezclado con estiércol en caso de que el cultivo lo necesitara. Sobre este sustrato se plantarán los árboles en cultivo único o diversificado, según las normas agronómicas del cultivo específico.
Las plantas inesperadamente resistentes a la
acción tóxica del residuo e indispensables para el procedimiento de
fitodepuración tema de la presente invención eran de tipo arbóreo.
En particular, pertenecen a las siguientes familias: Betulaceae,
Platanaceae, Magnoliaceae, Aceraceae, Mirtaceae, Yuglandaceae,
Caprifoliaceae, Labiateae, Tiliaceae, Apocynaceae, Salicaceae,
Pinaceae, Fagaceae y Cupressaceae. Pueden elegirse
individualmente o no. Entre estas familias, las siguientes
mostraron una alta actitud de adaptabilidad y buen crecimiento
fisiológico en presencia del agua residual de molienda de aceituna:
Salicaceae, Pinaceae, Fagaceae y Cupressaceae.
Concretamente, los géneros más eficaces para el procedimiento de
fitodepuración son: Pinus, Quercus y Cupressus.
La planta de fitodepuración de agua residual de
molienda de aceituna tema de la presente invención operará según
los siguientes procedimientos. La planta planeada ad hoc,
dependiendo de los requisitos y rasgos de las unidades productoras
individuales, recibirá el agua residual de molienda de aceituna en
invierno, durante la estación de molienda de las aceitunas (de
noviembre a febrero). Se hará fluir el residuo a la capa de drenaje
de la planta a través de un sistema hidráulico que comprende, si es
necesario, uno o más tanques de sedimentación (pozos Imhoff). Se
asentará allí durante aproximadamente un año, experimentando todos
aquellos procedimientos aeróbicos y anaeróbicos diferentes que
conducirán a su degradación y mineralización. Durante el resto del
año, se absorberán agua y compuestos mineralizados por los árboles,
que los utilizarán para su propio sustento, mientras que el
material orgánico enriquecerá la porción humificada del suelo. La
planta podría equiparse con canales pequeños para recogida de agua
de lluvia y, en caso de que los árboles elegidos presentaran un
alto grado de evapotranspiración, sería apropiado proporcionar un
sistema de irrigación adecuado. La descripción y/o informe de los
elementos y dispositivos necesarios para la construcción de la
planta, como bombas, válvulas, conducciones, medidas, etc., se
omitirá aquí, ya que están seguramente al alcance del experto en la
técnica respectiva.
La planta de fitodepuración de agua residual de
molienda de aceituna en tanques absorbentes tema de esta invención
presenta los siguientes beneficios:
- 1.
- alta eficacia de eliminación, incluso en invierno (anulación de DQO (demanda química de oxígeno) y del contenido de fenoles, pH y conductibilidad vuelven a niveles consecuentes con la vida de las plantas);
- 2.
- falta de mal olor e insectos infecciosos que, por el contrario, caracterizan a sistemas como irrigación fertilizante o estancamiento y todos los procedimientos en que el agua residual de molienda de aceituna está al aire libre;
- 3.
- consumo de energía nulo o limitado;
- 4.
- localización junto al molino de aceite individual, con posibilidades de conducción directa desde la planta de prensado de aceituna al sistema de fitodepuración;
- 5.
- ausencia de transporte de residuo y, en consecuencia, de operaciones caras y ambientalmente peligrosas relacionadas;
- 6.
- reutilización anual de la planta como renovación cíclica natural;
- 7.
- sin necesidad de mano de obra especializada; se requiere sólo mantenimiento de granja común (procesamientos anuales de tierra, podas, irrigación de suelo, etc.);
- 8.
- bajos costes de construcción, funcionamiento y mantenimiento de planta;
- 9.
- retorno económico ligado a la industria de producción de árboles (plantas ornamentales, madera, combustible, etc.);
- 10.
- producción de lodo nula o limitada;
- 11.
- eliminación de los riesgos de daño ambiental relacionados estrictamente con la dispersión incontrolada de residuo en el suelo y/o diferentes corrientes de agua;
- 12.
- bajo impacto ambiental ayudado porque la planta parece un arboreto especializado dotado de apariencia altamente estética;
- 13.
- aumento de la competitividad del aceite italiano en el mercado internacional gracias a menores costes de depuración del agua residual de molienda de aceituna.
Los siguientes ejemplos son útiles para explicar
la invención, no para reducir en modo alguno su intervalo
relativo.
Ejemplo nº
1
Para este primer ensayo, se prepararon dos
tanques redondos de plástico de 30 cm de profundidad y 1 m^{2} de
área cada uno. En el fondo, se colocó una conducción constituida por
tuberías de PVC perforadas de 2 cm de diámetro. La salida externa
de la conducción era un orificio en la pared de los tanques a la
altura de 8 cm desde el fondo.
Posteriormente, se eligió Agriperlite como
material de drenaje y se introdujeron 80 l en el fondo; se vertió
después la misma cantidad de agua residual de molienda de aceituna,
recién producida en una planta de procesamiento de aceitunas de
tres etapas, a través de la tubería, y se dejó todo 48 horas para
asentar y saturar completamente la Agriperlite.
Al final de esta primera etapa, se midió el
nivel de la capa de drenaje, saturada de residuo y agua, utilizando
una regla; llenaba un 40% del volumen del tanque.
Después, se preparó la capa superior, hecha de
árboles y sustrato en cultivo. Se utilizó un corrector orgánico
natural comercialmente disponible; era una mezcla específica de
turba amarilla finamente tamizada y turba negra vernalizada que
tiene un pH (CaCl_{2}) entre 5,5 y 6,0 y la siguiente composición
(porcentaje en peso seco): carbono orgánico de origen biológico (C)
35%, nitrógeno orgánico (N) 0,4%, material orgánico 42%. En esta
etapa, se añadió Agriperlite a una relación de corrector/Agriperlite
de 15/1 (v/v). Se mezclaron después manualmente los compuestos y se
utilizaron para completar el relleno del sistema, dando cuenta de un
60% del volumen total del tanque.
Después de esta etapa de relleno, se pusieron en
cada tanque tres plantas pertenecientes al género Quercus
ilex, y se trasladó el sistema entero al aire libre para
controlar, desde el 1 de noviembre hasta el 31 de octubre del año
siguiente; se ejecutaron sondeos periódicos para comprobar los
parámetros químicos, físico-químicos y
microbiológicos, informaciones esenciales para evaluar la eficacia
de la degradación del agua residual de molienda de aceituna en la
planta experimental.
En la tabla 1, se reseñaron los valores de pH,
conductibilidad, DQO y fenoles totales que provienen de medidas de
la capa inferior (Agriperlite + agua y Agriperlite + agua residual
de molienda de aceituna) en el inicio (noviembre) y después de 6
meses, 9 meses, 1 año desde la introducción del agua residual de
molienda de aceituna. El análisis de datos muestra que los valores
de pH y conductibilidad de la capa de drenaje que contiene el agua
residual de molienda de aceituna vuelven, después de 1 año, a
exhibir resultados similares al control blanco; igualmente, el
contenido total de fenoles resultó sustancialmente reducido,
alcanzando valores comparables a los blancos. Se confirma también
la alta eficacia de degradación del sistema de fitodepuración por la
reducción de la DQO en el tanque que contiene el agua residual de
molienda de aceituna, que alcanzó el mismo valor exhibido en la
referencia blanco. Es destacable cómo el valor de DQO, en el tanque
de referencia, aumentó en el sondeo de mayo; parte del carbono
orgánico presente en la capa superior probablemente se infiltra en
la capa inferior aumentando el valor basal de demanda química de
oxígeno.
El análisis cuantitativo y cualitativo de la
biomasa presente en la capa inferior de los tanques que contienen
el agua residual de molienda de aceituna mostró que el residuo, en
las condiciones descritas, actúa estimulando la microflora tanto a
escala cuantitativa (aumento de biomasa) como en una etapa
cualitativa (aumento de la biodiversidad). Este fenómeno está de
acuerdo con los valores experimentales conseguidos con el análisis
químico realizado y, por lo tanto, con el procedimiento de
degradación observado.
Por el contrario, el análisis ejecutado en la
capa superior de los mismos tanques no indicó ninguna diferencia
sustancial en la composición química, física ni biológica del
sustrato cultivado entre los tanques en los que se vertió el agua
residual de molienda de aceituna y los otros.
La evaluación morfofuncional de los árboles
experimentados no mostró cambios significativos en su crecimiento
ni fisiología relacionados directamente con la presencia del agua
residual de molienda de aceituna.
Ejemplo nº
2
Se llevó a cabo el experimento en las mismas
condiciones descritas en el ejemplo 1, excepto por la elección del
género de planta. Se utilizaron plantas del género Populus,
en lugar de aquellas pertenecientes al género Quercus. Los
análisis químico y microbiológico de la capa inferior de los tanques
confirmaron la misma tendencia ya observada en el ejemplo anterior,
mostrando una reducción del contenido de fenoles totales y DQO en
el tanque de agua residual de molienda de aceituna, valores de pH y
conductividad similares en la muestra y el control, y un aumento
cuantitativo y cualitativo de la microflora. Como en el ejemplo nº
1, la evaluación morfofuncional de los árboles experimentados no
mostró cambios significativos en su crecimiento y fisiología
directamente relacionados con la presencia del agua residual de
molienda de aceituna.
Ejemplo nº
3
Se llevó a cabo el experimento en las mismas
condiciones descritas en el ejemplo 1, excepto por la elección del
género de planta. Se utilizaron plantas del género Cupressus,
en lugar de aquellas pertenecientes al género Quercus. Los
análisis químico y microbiológico de la capa inferior de los tanques
confirmaron la misma tendencia ya observada en el ejemplo nº 1,
mostrando una reducción del contenido de fenoles totales y DQO en
el tanque de agua residual de molienda de aceituna, valores de pH y
conductividad similares en la muestra y el control y un aumento
cuantitativo y cualitativo de la microflora. Como en el ejemplo nº
1, la evaluación morfofuncional de los árboles experimentados no
mostró cambios significativos en su crecimiento y fisiología
directamente relacionados con la presencia del agua residual de
molienda de aceituna.
Ejemplo nº
4
(Comparativo)
Se llevó a cabo el experimento en las mismas
condiciones descritas en el ejemplo 1, excepto por la elección del
género de planta. Se utilizaron plantas del género Laurus, de
la especie particular Laurus nobilis, en lugar de aquellas
pertenecientes al género Quercus. Este género probó ser
ineficaz en la planta de fitodepuración de agua residual de
molienda de aceituna objeto de esta invención; a pesar de una buena
degradación del material contaminante residual, demostrada por los
análisis químico y microbiológico de la capa inferior de los
tanques, los árboles pertenecientes a este género reaccionaron
negativamente ante la presencia del agua residual de molienda de
aceituna. La evaluación morfofuncional de los árboles experimentados
mostró:
- -
- en la parte epigeal: reducción de la actividad polínica; acortamiento de la longitud de brote (\leq 50% comparada con el control blanco) y reducción del número; necrosación de la parte externa de las hojas; presencia de la parte verde de las hojas sólo alrededor de las nervaduras; falta de actividades reproductoras;
- -
- en la parte hipogeal: presencia de raíces de color marrón de apariencia leñosa desarrolladas sólo en la capa superior de los tanques que contienen el agua residual de molienda de aceituna; ausencia de ramas radicales.
Claims (2)
1. Procedimiento de depuración de agua residual
de molienda de aceituna que comprende las etapas de:
proporcionar una zona de tratamiento que
consiste en una bandeja absorbente cerrada, impermeabilizada y
dividida en una capa inferior de drenaje y una capa superior de
suelo local; y
plantar plantas arbóreas resistentes al agua
residual de molienda de aceituna pertenecientes a las siguientes
familias: Betulaceae, Platanaceae, Magnoliaceae, Aceraceae,
Mirtaceae, Yuglandaceae, Caprifoliaceae, Labiateae, Tiliaceae,
Apocynaceae, Salicaceae, Pinaceae, Fagaceae, Cupressaceae y
mezclas relacionadas; y
hacer fluir el agua residual de molienda de
aceituna bruto hacia la capa de drenaje; y
permitir un procedimiento
anaeróbico-aeróbico microbiano en dos etapas
temporal y espacialmente separadas, en el que la primera etapa
consiste en una degradación anaeróbica ligada al descanso vegetativo
de dichas plantas arbóreas resistentes al residuo, y la segunda
etapa explota una degradación aeróbica posterior ligada a la
actividad vegetativa de dichas plantas arbóreas resistentes al
residuo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que las plantas arbóreas resistentes al residuo son especies
vegetales pertenecientes a los siguientes géneros: Salix,
Populus, Pinus, Quercus y Cupressus.
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| ITTR20000005A1 (it) | 2002-06-13 |
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