ES2282043B1 - Procedimiento para la depuracion de aguas residuales. - Google Patents
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Abstract
Consiste en un proceso para la depuración de aguas residuales (1) procedentes de almazaras, o industrias químicas o alimentarias en general, con una carga media de materia orgánica, formado por una serie de etapas como son: sedimentación natural o inducida para eliminar los posibles sólidos en suspensión en el agua, seguida de oxidación de la materia orgánica (2) bien por vía heterogénea con oxidantes enérgicos como el permanganato potásico (3), o por vía homogénea con oxidantes líquidos tipo peróxido de hidrógeno (4), con la presencia de catalizadores de iones metálicos (5), continuando el proceso con un ajuste del pH (6) con un agente básico (7) y empleo de floculantes (8) seguido de una decantación (10) y filtración final (11), lo que permite obtener un agua depurada (12) que puede ser empleada para el riego o bien reutilizada en los procesos sin que ello suponga ningún riesgo de contaminación.
Description
Procedimiento para la depuración de aguas
residuales.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la depuración de aguas residuales de media carga
orgánica procedentes por ejemplo del lavado de la aceituna y del
aceite en las almazaras, o de diversas industrias químicas y
alimentarias en general.
El objeto de la invención es, por tanto,
proporcionar un nuevo método que permite realizar de forma eficaz
la depuración de aguas residuales de diversa naturaleza, y que está
formado por distintas etapas, basadas en la sedimentación natural o
inducida, y en la oxidación de la materia orgánica, ajuste del pH y
filtración, obteniéndose un agua depurada que cumple con los
parámetros requeridos para que pueda ser empleada el riego o en
procesos, sin que ello plantee ningún tipo de problema o
inconveniente de tipo medioambiental.
El cultivo del olivo y consecuentemente la
obtención de aceite de oliva tiene una extraordinaria importancia
económico-social en toda la cuenca mediterránea y
especialmente en aquellos países como España donde de su producción
depende un numero importante de personas de zonas donde el olivo es
un monocultivo. Así en España existen del orden de 1700 almazaras
autorizadas de las que 850 están en Andalucía, zona de máxima
concentración olivarera y producción de aceite del mundo. En España
se produjeron la pasada campaña del orden de 1.400.000 Toneladas de
aceite de las que más del 60% se obtuvieron en Andalucía. La
mayoría de la almazaras trabajan con sistemas modernos de
centrifugación o elaboración denominados de "dos fases o
salidas" en las que se obtiene aceite por un lado y por otro,
una mezcla de sólidos (pulpa, piel y hueso) y agua de vegetación
denominada "alpeorujo". El aceite se somete entonces a un
"lavado" para eliminar impurezas, en una centrífuga vertical
con agua en la que se obtiene aceite limpio y agua corriente de
agua residual.
Paralelamente, la olivicultura intensiva
necesita utilizar elevadas cantidades y diversidad de productos
fitosanitarios, para el control de plagas y enfermedades, de los
que algunos restos pueden quedar en las aceitunas que entran en
proceso. Es por ello que para eliminar el polvo, tierra, suciedad
en general y quizás alguno de estos restos de productos, las
aceitunas se someten a lavados en máquinas lavadoras antes de ser
molturadas y procesadas, generándose entonces otra corriente de agua
residual.
Por tanto en el proceso de elaboración de aceite
de oliva se generan dos corrientes bien diferenciadas de aguas
residuales, la del lavado de aceite o aguas de centrifugas
verticales y la procedente de las lavadoras de aceitunas, con
composición diferente desde un punto de vista cualitativo y
cuantitativo.
En el siguiente esquema se representa el proceso
de elaboración anteriormente descrito, en el que a partir de las
aceitunas recogidas, y sometidas a diferentes procesos de lavado,
molturación y batido, y centrifugados, se obtiene el aceite
terminado, quedando como productos residuales las aguas de lavado de
las aceitunas y el aceite.
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(Esquema pasa a página
siguiente)
Las aguas residuales producidas hasta hace poco
tiempo eran almacenadas en balsas de evaporación o utilizadas para
riego del propio olivar sin que se generaran problemas salvo casos
puntuales, no obstante consideraciones de respeto medioambiental y
disposiciones de las autoridades de la Cuencas Hidrográficas han
restringido dicho uso, limitando la concentración de sustancias del
agua y el número y caudal de riegos/año. Hectárea, así como
estableciendo la segregación de los vertidos, lo que obliga
inexcusablemente a la depuración de las mismas con vistas al riego o
en el mejor de los casos a su reutilización en el proceso. Es muy
probable que en el horizonte de años inmediatos se obligue al
vertido cero, lo que acentuaría esta circunstancia.
Las aguas mas concentradas resultan ser las de
lavado de aceite con una concentración de materia orgánica
expresada como DQO comprendida entre las 5.000 y 10.000 ppm, DBO de
1.500-3.000, sólidos suspendidos en cantidad
variable y pH 5,1-5,8.
Las aguas de lavado de aceitunas presentan una
DQO comprendida entre 1.000 y 6.000, DBO entre
500-1900, sólidos suspendidos entre 100 y 1000 ppm
y pH entre 4,5 y 5,9.
Las causas de la variación en la concentración
se deben a motivos muy diversos, labores culturales, variedad de la
aceituna, procedencia del suelo o del árbol, climatología, etc.
Pero es evidente la necesidad de procesos que permitan la
depuración de dichas aguas, en los que se elimine la materia
orgánica existente.
El procedimiento para la depuración de aguas
residuales, tanto procedentes de almazaras como de industrias
químicas o alimentarias o con cualquier otro origen, que pueden
resultar contaminantes por presentar una media carga orgánica, que
la invención propone resuelve de forma plenamente satisfactoria la
problemática anteriormente expuesta en los diferentes aspectos
comentados. Se trata de un método basado en una sedimentación
natural o inducida para eliminar los posibles sólidos en suspensión
en el agua, en la oxidación de la materia orgánica, ajuste del pH y
empleo de floculantes seguido de una decantación y filtración
final.
La etapa de oxidación de la materia orgánica
puede realizarse por vía heterogénea, empleando oxidantes enérgicos
sólidos, tipo permanganato potásico; o bien se puede realizar la
oxidación por vía homogénea, utilizando para ello oxidantes
líquidos tipo peróxido de hidrógeno, catalizados por iones
metálicos de un metal con el Fe, ferrosos o férricos, en forma de
compuestos solubles a concentración adecuada, o producidos en el
seno de la reacción por electrólisis de hierro, o bien
inmovilizando el catalizador en un soporte orgánico tipo carbón
activo o inorgánico tipo arcillas o compuestos silíceos.
Las aplicaciones del permanganato en el
tratamiento de agua se materializan en la eliminación del hierro y
manganeso fundamentalmente, peto también es posible la eliminación
de sulfhídrico, fenoles y otros compuestos orgánicos, así como la
eliminación de olores y sabores, como algicida se emplea tanto en
las estaciones de tratamiento de aguas como en los lagos y
embalses, no produce trihalometanos, e incluso reduce los
precursores de éstos y contribuye a la coagulación, ya que el
producto residual de la reacción de oxidación del permanganato, el
dióxido de manganeso, es una sustancia insoluble e inerte.
De forma más concreta, el procedimiento objeto
de la invención consiste en tratar las aguas a depurar siguiendo
una serie de fases o procesos hasta que puedan ser reutilizadas en
riegos o en los procesos de donde provienen. La alimentación de las
aguas puede ser independiente, es decir tal cual se presentan, o
mezcladas entre sí, o bien diluidas de forma apropiada hasta
conseguir una DQO adecuada para el sistema. A continuación se
someten a la acción de la reacción del permanganato de potasio u
otro metal en dilución. Esta operación se mantiene durante el
tiempo necesario para se lleve a cabo la oxidación de la materia
orgánica, normalmente comprendido entre dos y tres horas.
Transcurrido este tiempo se someten a un ajuste
de pH con un agente alcalino, hidróxido de sodio o de calcio u otro
agente alcalino hasta alcanzar pH más o menos básico, obteniéndose
la precipitación del dióxido de manganeso, con o sin adición de
agentes floculantes, y un agua sobrenadante que se lleva a
filtración, utilizándose para ello filtros de arena silícea, tierra
de diatomeas, kieselgur, carbón activo o materia orgánica o
mezcladas entre si, y en operaciones de filtración sucesivas o en
paralelo, resultando un agua con una DQO reducida del orden del 90%
de la de partida, con parámetros adecuados para su utilización para
su uso en riego.
Si la oxidación se realiza empleando oxidantes
homogéneos, por vía catalítica, está basada en la reacción de
Fenton (peróxido de hidrógeno en presencia de sales ferrosas)
utilizado en la descomposición de compuestos de origen orgánico
(ácidos tartárico y málico) e inorgánicos a nivel de laboratorio.
Incluso, utilizando efluentes de diferentes fuentes como por
ejemplo de la industria química como refinerías, industria textil,
cosmética y alimentaria. El proceso se basa en la formación de
distintos agentes oxidantes de tipo radicalario, como radicales
hidroxilo OH* capaces de degradar la contaminación en las aguas
residuales por oxidación. A diferencia de la propia reacción de
Fenton en este caso se utilizan sales férricas.
La secuencia de reacciones que previsiblemente
pueden tener lugar, a pH ácido, en forma de reacción
autocatalítica, se indica a continuación:
- \quad
- Fe^{3+} + H_{2}O_{2} \rightarrow Fe-OOH^{2+} + H^{+}
- \quad
- Fe-OOH^{2+} \rightarrow HO_{2}\text{*} + Fe^{2+}
- \quad
- Fe^{2+} + H_{2}O_{2} \rightarrow Fe^{3+} + HO^{-} + HO\text{*}
- \quad
- HO_{2}\text{*} + Fe^{2+} \rightarrow Fe^{3+} + HO_{2}
- \quad
- HO^{2}\text{*} + Fe^{3+} \rightarrow Fe^{2+} + O_{2} + H^{+}
- \quad
- HO\text{*} + H_{2}O_{2} \rightarrow H_{2}O + HO_{2}\text{*}
Si la materia orgánica se representa por RH, la
oxidación tiene lugar según esta otra reacción:
RH +
HO\text{*} + H_{2}O - ROH + H_{3}O^{+} \rightarrow \ productos \
oxidados
Opcionalmente el agua tratada puede ser sometida
a un tratamiento de tipo terciario, como ultrafiltración, ósmosis
inversa u otros procesos de membrana, intercambio fónico o
electrodiálisis a fin de eliminar los restos de materia orgánica e
iones presentes para conseguir de esta forma un agua con los
parámetros adecuados para su reutilización en los distintos
procesos.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente
de realización práctica del mismo, se acompaña como parte
integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con
carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo
siguiente:
La figura 1.- Muestra una representación
esquemática del procedimiento para la depuración de aguas
residuales con media carga orgánica que la invención propone, en el
que la oxidación de la materia orgánica se realiza por vía
heterogénea con permanganato potásico.
La figura 2.- Muestra otra representación
esquemática del proceso de la invención similar a la anterior, pero
en el que la oxidación se realiza por vía homogénea con un agente
oxidante líquido y con la ayuda de un catalizador que facilite la
reacción.
A la vista de las figuras reseñadas, puede
observarse como el procedimiento para la depuración de aguas
residuales que la invención propone está formado por una serie de
etapas o procesos que permiten depurar las aguas residuales
procedentes por ejemplo del lavado de aceituna o del lavado de
aceite en almazaras, de industrias químicas, industria alimentaria,
etc., que contienen una carga media de materia orgánica,
obteniéndose tras finalizar el procedimiento un agua depurada que
puede ser empleada para el riego o bien reutilizada en los diversos
procesos.
Las aguas de lavado (1) o aguas residuales en
general, pueden incorporarse al proceso tal cual se obtiene o bien
son diluidas inicialmente hasta conseguir una DQO adecuada,
entonces se introducen en un tanque de oxidación (2) donde se va a
provocar la oxidación de la materia orgánica. Esta fase de
oxidación puede realizarse de dos formas, empleando oxidantes
heterogéneos enérgicos sólidos (3) como permanganato potásico, tal y
como se ha representado en la figura 1, o bien siguiendo la vía
homogénea representada en la figura 2, en la que la oxidación de la
materia orgánica se produce mediante la adición al tanque de
oxidación (2) de un agente oxidante líquido (4), como el peróxido
de hidrógeno, junto con un catalizador (5) de iones metálicos de un
metal como el Fe. Dicho proceso de oxidación de la materia orgánica
requiere de un tiempo de reacción de dos o tres horas.
La siguiente etapa se lleva a cabo en un tanque
de neutralización (6), y consiste en un ajuste del pH por medio de
un agente alcalino (7), tal como hidróxido de sodio o de calcio,
hasta alcanzar un pH más o menos básico. El control del pH es
importante para el buen desarrollo del procedimiento que se
describe.
En este tanque de neutralización también se
pueden añadir agentes floculantes o coagulantes (8), obteniéndose
la precipitación de dióxido de manganeso o hidróxido sódico, según
el caso, que es separado en un decantador (9) que permite la
separación de los sólidos del líquido y por tanto la retirada de
los sólidos cremosos o lodos (10) que se han formado, mientras que
queda un agua sobrenadante que es sometida a un proceso de
filtración (11), para obtener así un agua (12) con una DQO en un
90% por ciento más baja al valor de inicial, y con parámetros
adecuados que permiten su uso para el riego.
Para la etapa de filtración (11) se utilizan
filtros de arena silícea, tierra de diatomeas, kieselgur, carbón
activo o bien biomasa orgánica residual, que pueden emplearse de
forma independiente o bien como una mezcla de distintos materiales,
y en operaciones de filtración sucesivas o en paralelo.
Si el agua así filtrada se somete a otro
tratamiento adicional tipo terciario, no representado en las
figuras, como puede ser la ultrafiltración, osmosis inversa u otros
procesos basados en el empleo de membranas, intercambio fónico o
electrodiálisis, se consigue eliminar restos de materia orgánica e
iones presentes, obteniéndose un agua con parámetros adecuados para
su reutilización en el proceso.
En un caso concreto, el agua residual presenta
un pH inicial de 5,67 y una DQO de 3,8 g O_{2}/1, dicho agua es
sometida al proceso de oxidación con permanganato potásico durante
un tiempo de 3 horas, de forma que se obtiene un agua tratada con
una DQO de 0,86 g O_{2}/1, siguiendo con el procedimiento de la
invención, se ajusta el pH se produce la coagulación y se somete a
filtración, tal y como se ha descrito anteriormente, obteniéndose de
esta forma un agua depurada con una DQO final de 0,4 g
O_{2}/1.
Partiendo de aguas de lavado de aceituna o de
aceite de las almazaras, o una mezcla de ambas, que constituyen un
agua residual con una DQO inicial del orden de 4000 ppm y con un pH
de 5, y tras ser sometidas al proceso de depuración descrito por la
invención, se obtiene agua con una DQO del orden de 350 ppm,
exentas de sólidos suspendidos y con un pH próximo a 7. Dichas
aguas depuradas cumplen los parámetros actualmente exigidos para su
utilización en riego.
Claims (8)
1. Procedimiento para la depuración de aguas
residuales, tales como aguas de lavado de aceituna y aceite de
almazaras, y otras aguas residuales procedentes de la industria
química y alimentaria en general, que presentan media carga
orgánica, caracterizado porque consiste en someter dichas
aguas residuales (1) a un proceso de oxidación química de la materia
orgánica (2), seguido de su neutralización por medio del ajuste del
pH (6) con un agente básico (7), y adición de floculantes (8) para
provocar la precipitación de sólidos que se decantan (10),
finalizando el proceso con una filtración (11).
2. Procedimiento para la depuración de aguas
residuales, según reivindicación 1ª, caracterizado porque la
oxidación de la materia orgánica (2) se lleva a cabo por vía
heterogénea, con el empleo de oxidantes enérgicos (3).
3. Procedimiento para la depuración de aguas
residuales, según reivindicación 1ª, caracterizado porque la
oxidación de la materia orgánica (2) se lleva a cabo por vía
homogénea, utilizando oxidantes líquidos (4), catalizados por iones
metálicos (5).
4. Procedimiento para la depuración de aguas
residuales, según reivindicación 2ª, caracterizado porque el
oxidante (3) empleado es permanganato potásico o de otros
metales.
5. Procedimiento para la depuración de aguas
residuales, según reivindicación 2ª, caracterizado porque el
agente oxidante (4) es peróxido de hidrógeno con catalizadores (5)
de iones de hierro, ferrosos o férricos, en forma de compuestos
solubles a concentración adecuada, o producidos en el seno de la
reacción por electrólisis de hierro, o bien inmovilizando el
catalizador en un soporte orgánico tipo carbón activo o inorgánico
tipo arcillas o compuestos silíceos.
6. Procedimiento para la depuración de aguas
residuales, según reivindicación 1ª, caracterizado porque la
alimentación de las aguas residuales (1) al proceso de oxidación
(2), se puede hacer de forma independiente, tal cual se generan, o
mezcladas entre sí, o bien diluidas con la DQO apropiada al
proceso.
7. Procedimiento para la depuración de aguas
residuales, según reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque la filtración (11) se lleva a cabo sobre filtros de arena
silícea, kieselgur, tierra de diatomeas, carbón activo o biomasa
orgánica residual de forma independiente o en mezclas de dichas
sustancias, y en operaciones de filtración sucesivas o en
paralelo.
8. Procedimiento para la depuración de aguas
residuales, según reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque opcionalmente, tras el proceso de filtrado (11) y para
eliminar posibles restos de materia orgánica se realiza un
tratamiento de tipo terciario como ultrafiltración, ósmosis inversa
u otros procesos de membrana, intercambio de ión o
electrodiálisis.
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