ES2323211A1 - Procedure for the decontamination of liquid residuals of high organic and nitrogenated load. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
Procedimiento para la descontaminación de residuales líquidos de alta carga orgánica y nitrogenada.Procedure for decontamination of liquid residuals of high organic and nitrogen load.
La invención se vincula técnicamente al campo de la depuración de residuales líquidos de alta carga orgánica y nitrogenada mediante la aplicación de procedimientos físicos, fisicoquímicos y biológicos.The invention is technically linked to the field of the purification of residual liquids of high organic load and nitrogen by the application of physical procedures, Physicochemical and biological.
La invención describe un procedimiento para la descontaminación orgánica y nitrogenada de residuales líquidos de alto efecto contaminante sobre el medioambiente, que se basa en la integración de los siguientes procesos y operaciones unitarias: desbaste de sólidos, homogenización, desnitrificación/nitrificación/desnitrificación, separación físicoquímica del efluente mediante decantación, digestión anaerobia diferenciada del lodo sedimentado y el sobrenadante. El efluente líquido digerido se somete a un post-tratamiento en una o varias lagunas facultativas y los lodos se estabilizan mediante procesos de deshidratación.The invention describes a process for organic and nitrogen decontamination of liquid waste from high polluting effect on the environment, which is based on the integration of the following processes and unit operations: roughing of solids, homogenization, denitrification / nitrification / denitrification, separation physicochemical effluent by decantation, digestion differentiated anaerobic sedimented sludge and supernatant. He digested liquid effluent is subjected to a post-treatment in one or several lagoons facultative and sludge are stabilized by processes of dehydration
Es conocido que los sistemas para el tratamiento de aguas residuales de baja o mediana concentración de materia orgánica y nitrógeno han sido objeto de un profundo y sistemático desarrollo, en particular las aguas residuales de origen urbano, según se demuestra en la obra clásica de Metcalf & Eddy 2000 Ingeniería de Aguas Residuales. Tratamiento, vertido y reutilización. Tercera Edición.It is known that systems for treatment of wastewater of low or medium concentration of matter organic and nitrogen have been subject to a deep and systematic development, in particular wastewater of urban origin, as demonstrated in the Metcalf & Eddy 2000 classic Wastewater Engineering Treatment, discharge and reuse Third edition.
Una situación diferente se manifiesta en el estado actual de la técnica en el tratamiento de residuales de alta carga orgánica y nitrogenada. El agudo y progresivo deterioro del medioambiente impone el desarrollo emergente de procedimientos para atenuar el impacto que ejercen estos vertidos.A different situation is manifested in the Current state of the art in the treatment of residuals of high organic and nitrogen load. The acute and progressive deterioration of the environment imposes the emerging development of procedures to mitigate the impact of these spills.
En las técnicas para la depuración de aguas residuales de alto contenido de materia orgánica y nitrogenada, empieza a considerarse la integración de los procesos fisicoquímicos y biológicos, no como una competencia entre ellos sino como complementarios y no excluyentes, muestra de ello son las siguientes referencias:In water purification techniques residuals of high organic and nitrogen content, the integration of processes begins to be considered physicochemical and biological, not as a competition between them but as complementary and not exclusive, proof of this are the following references:
- Patente con Número Publicación: EP-0484867 A1. "Process for the utilization of organic wastes for producing biogas and agricultural products" (proceso para la utilización de desechos orgánicos para producir biogás y productos agrícolas) (Kimchie & Shelef).- Patent with Publication Number: EP-0484867 A1. "Process for the utilization of organic wastes for producing biogas and agricultural products " (process for the use of organic waste to produce biogas and agricultural products) (Kimchie & Shelef).
- ES-2093556: Procedimiento para depuración integral de aguas residuales de carácter orgánico, por procesos biológicos (Moreno, A.; Arias, A.J. & Angulo, R.).- ES-2093556: Procedure for integral purification of organic wastewater, by biological processes (Moreno, A .; Arias, A.J. & Angulo, R.).
- Nuñez Recio, Luis A. (1999). Tesis Doctoral, Eliminación biológica de carbono y nitrógeno en aguas residuales de matadero mediante reactores UASB, EGSB y Fangos Activos. Universidad de Burgos.- Nuñez Recio , Luis A. ( 1999 ). Doctoral Thesis, Biological elimination of carbon and nitrogen in slaughterhouse wastewater by means of UASB, EGSB and Active Mud reactors. University of Burgos
- Carrera Muyo, Julián (2001). Tesis Doctoral, Eliminación biológica de nitrógeno en un efluente con alta carga: estudio de los parámetros del proceso y diseño de una depuradora industrial. Universidad Autónoma de Barcelona.- Carrera Muyo , Julián ( 2001 ). Doctoral Thesis, Biological elimination of nitrogen in an effluent with high load: study of the process parameters and design of an industrial treatment plant. Autonomous University of Barcelona.
- Magri A. y Flotats X. (2000). Biologic treatment of the liquid fraction of pig slurry in a sequencing batch reactor (SBR). 2^{ND} International Symposium on Sequencing Batch Reactors Technology, Narbonne. France (Tratamiento biológico de la fracción líquida de residuos de cerdo en un reactor discontinuo).- Magri A. and Flotats X. ( 2000 ). Biologic treatment of the liquid fraction of pig slurry in a sequencing batch reactor (SBR). 2 ND International Symposium on Sequencing Batch Reactors Technology, Narbonne. France (Biological treatment of the liquid fraction of pig residues in a batch reactor).
- ADE BIOTEC S.L. Tratamiento de aguas residuales por electrocoagulación/SBR/Lagunaje. PORCpress. IV-Nº 34.- ADE BIOTEC S.L. Water treatment Residual electrocoagulation / SBR / Lagunaje. PORCpress IV-Nº 34.
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Sin embargo, permanecen dificultades relacionadas principalmente, con el grado de depuración del efluente final del tratamiento, los costes de inversión, operación y mantenimiento y la viabilidad técnica, económica y ambiental del sistema de gestión de los vertidos, aspectos que han sido debatidos en:However, difficulties remain mainly related to the degree of purification of final effluent of treatment, investment costs, operation and maintenance and technical, economic and environmental viability of discharge management system, aspects that have been discussed in:
- ATEGRUS (2004). XXXII Conferencia Anual de Tratamiento Biológico de Residuos y Valorización de Residuos en la Industria Agroalimentaria. Valencia.- ATEGRUS ( 2004 ). XXXII Annual Conference on Biological Waste Treatment and Waste Recovery in the Agrifood Industry. Valencia.
- IV Foro Mundial del Agua México 2006. 17 al 21 de marzo. México DF.- IV World Water Forum Mexico 2006. 17 to 21 of March. Mexico DF.
- X Congreso de Ingeniería Ambiental Proma 2006. Bilbao.- X Congress of Environmental Engineering Proma 2006. Bilbao
- ATEGRUS (2007). III Conferencia sobre Bioenergía: Tecnologías y Oportunidades de Negocio, 1 y 2 de marzo. Madrid.- ATEGRUS ( 2007 ). III Conference on Bioenergy: Technologies and Business Opportunities, March 1 and 2. Madrid.
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Mediante el procedimiento propuesto en la presente invención se alcanzan los indicadores de calidad exigidos para los efluentes de plantas de tratamiento de residuales líquidos con esta tipología de contaminación, con un balance económico atractivo, mediante la integración de tres procesos biológicos: nitrificación, desnitrificación y digestión anaerobia, complementados con operaciones unitarias de recirculación, homogenización, separación física y fisicoquímica.Through the procedure proposed in the present invention the required quality indicators are achieved for effluents from liquid waste treatment plants with this type of pollution, with an economic balance attractive, by integrating three biological processes: nitrification, denitrification and anaerobic digestion, complemented with unit recirculation operations, homogenization, physical and physicochemical separation.
La presente invención se refiere a un procedimiento para la depuración de residuales líquidos de alta carga orgánica y nitrogenada mediante la aplicación de procesos físicos, físico-químicos y biológicos.The present invention relates to a procedure for the purification of high residual liquid organic and nitrogen cargo through the application of processes physical, physical-chemical and biological.
El procedimiento consiste en un pretratamiento para el desbaste de sólidos, homogenización, ciclo de fermentación anóxica-aerobia-anóxica, separación del efluente del tratamiento biológico anterior en lodo sedimentado y sobrenadante y tratamiento de ambas fracciones, de forma independiente, en reactores biológicos anaerobios. Por último, la fracción líquida digerida y los lodos digeridos se estabilizan mediante lagunaje facultativo y deshidratación, respectivamente.The procedure consists of a pretreatment for the roughing of solids, homogenization, fermentation cycle anoxic-aerobic-anoxic, separation of the effluent from the previous biological treatment in sedimented sludge and supernatant and treatment of both fractions, so independent, in anaerobic biological reactors. Finally, the digested liquid fraction and digested sludge stabilize through optional lagoon and dehydration, respectively.
El efluente final del tratamiento puede ser reciclado como agua de limpieza o como agua para el fertirriego, los lodos digeridos y estabilizados como abono y el biogás para cubrir las necesidades energéticas de la planta de tratamiento y/o para la comercialización mediante venta a la red.The final effluent of the treatment can be recycled as cleaning water or as water for fertigation, sludge digested and stabilized as fertilizer and biogas for cover the energy needs of the treatment plant and / or for marketing through network sales.
La presente invención se refiere a un procedimiento para la depuración de residuales líquidos de alta carga orgánica y nitrogenada, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:The present invention relates to a procedure for the purification of high residual liquid organic and nitrogen cargo, characterized in that it comprises the following stages:
a) desbaste de sólidos,a) roughing of solids,
b) fermentación anóxica-aerobia-anóxica,b) fermentation anoxic-aerobic-anoxic,
c) decantación del efluente procedente de la fermentación anóxica-aerobia-anóxica de la etapa b) anterior, obteniéndose un efluente que consiste en un lodo sedimentado y una fracción líquida yc) decantation of the effluent from the anoxic-aerobic-anoxic fermentation from stage b) above, obtaining an effluent consisting of a sedimented sludge and a liquid fraction and
d) digestión anaerobia del lodo sedimentado y del sobrenadante de la de la etapa c) anterior, obteniéndose biogás, y un efluente que consiste en un lodo digerido y una fracción líquida digerida.d) anaerobic digestion of sedimented sludge and of the supernatant of that of step c) above, obtaining biogas, and an effluent consisting of a digested sludge and a digested liquid fraction.
En el procedimiento descrito la etapa b) se puede realizar en dos o más reactores independientes.In the procedure described in step b) Can perform in two or more independent reactors.
Según una realización particular del procedimiento la etapa b) se realiza en las siguientes condiciones:According to a particular embodiment of the procedure stage b) is performed in the following terms:
- pH comprendido entre 6,8 y 8,0- pH between 6.8 and 8.0
- temperatura del medio líquido entre 15 y 35ºC,- temperature of the liquid medium between 15 and 35 ° C,
- relación entre demanda química de oxígeno y concentración de nitrógeno total - Kjedahl - comprendida entre 5 y 25,- relationship between chemical oxygen demand and Total nitrogen concentration - Kjedahl - between 5 and 25,
- relación entre materia orgánica referida a sólidos totales y concentración del nitrógeno total - Kjedahl - comprendida entre 4 y 20,- relationship between organic matter referred to total solids and total nitrogen concentration - Kjedahl - between 4 and 20,
- tiempo de retención de sólidos comprendido entre 10 y 20 días, y- solids retention time included between 10 and 20 days, and
- concentración de oxígeno disuelto en la etapa de nitrificación mayor o igual a 2 mg/l.- concentration of dissolved oxygen in the stage of nitrification greater than or equal to 2 mg / l.
En la realización descrita en el párrafo anterior se alcanzan eficiencias globales en la reducción de nitrógeno total de 40-90% y de la materia orgánica de 20-95%, referida a Demanda Química de Oxígeno.In the embodiment described in the paragraph previous global efficiencies are achieved in reducing 40-90% total nitrogen and organic matter of 20-95%, referred to Chemical Demand of Oxygen.
Según una realización adicional del procedimiento la etapa c) se realiza mediante un dispositivo de sedimentación en flujo vertical u horizontal, en operación continua y con un tiempo de retención hidráulico comprendido entre 1 y 4 horas.According to a further embodiment of the procedure step c) is performed by means of a device sedimentation in vertical or horizontal flow, in continuous operation and with a hydraulic retention time between 1 and 4 hours.
La digestión anaerobia del lodo sedimentado en la etapa d) se puede realizar en un reactor horizontal, tabicado interiormente para que el flujo del lodo siga una dirección de movimiento en forma de zigzag.Anaerobic digestion of sedimented mud in step d) can be performed in a horizontal, partitioned reactor internally so that the mud flow follows a direction of Zigzag shaped movement.
La digestión anaerobia del lodo sedimentado en la etapa d) comprende la agitación del licor en proceso de digestión con una parte del biogás producido, de forma continua o semicontinua, siendo la dirección del flujo de gas ascendente y perpendicular a la componente horizontal del movimiento del lodo en el interior del reactor.Anaerobic digestion of sedimented mud in step d) includes the agitation of the liquor in the process of digestion with a part of the biogas produced, continuously or semi-continuous, the direction of the upward flow of gas being and perpendicular to the horizontal component of the mud movement in the inside of the reactor.
El biogás producido en la etapa d) de digestión anaerobia, es presurizado y recirculado a dicha etapa d) para la agitación del lodo en proceso de digestión anaerobia.The biogas produced in stage d) of digestion anaerobic, is pressurized and recirculated to said stage d) for Agitation of the sludge in anaerobic digestion process.
El biogás producido en la etapa d) de digestión anaerobia, puede ser además, recirculado como combustible para el calentamiento de los afluentes y/o del interior de los reactores de digestión anaerobia.The biogas produced in stage d) of digestion anaerobic, can also be recirculated as fuel for the heating of the tributaries and / or inside the reactors of anaerobic digestion.
El biogás producido en la etapa d) de digestión anaerobia, puede ser además recirculado como combustible para la generación de energía eléctrica.The biogas produced in stage d) of digestion anaerobic, can also be recirculated as fuel for the electric power generation
Según realizaciones preferentes, en la etapa d) de digestión anaerobia, el 10-30% del lodo digerido se recicla a la corriente del afluente, homogeneizándose con éste antes de la alimentación del reactor anaerobio de lodos.According to preferred embodiments, in step d) of anaerobic digestion, 10-30% of the digested sludge it is recycled to the tributary stream, homogenizing with it before feeding the anaerobic sludge reactor.
En el procedimiento de la invención, la digestión anaerobia de la fracción líquida de la decantación primaria se puede realizar en un reactor de lecho empacado, en operación continua y flujo ascendente o descendente.In the process of the invention, the anaerobic digestion of the liquid fraction of the decantation Primary can be performed in a packed bed reactor, in continuous operation and upward or downward flow.
En el reactor de lecho empacado se puede utilizar un soporte para el empaque que consiste en fragmentos perforados de barro precocido a una temperatura de cocción comprendida entre 750-850ºC.In the packed bed reactor you can use a support for the package consisting of fragments precooked mud drilled at a cooking temperature between 750-850 ° C.
En la etapa d) de digestión anaerobia, el 15-35% del efluente del reactor de lecho empacado se recicla en operación continua a la corriente del afluente de dicho reactor, homogeneizándose con éste antes de la alimentación del reactor.In stage d) of anaerobic digestion, the 15-35% of the packed bed reactor effluent it is recycled in continuous operation to the flow of the tributary of said reactor, homogenizing with it before feeding of the reactor.
La digestión del lodo sedimentado en la etapa de) en condiciones mesófilas, transcurre con un tiempo de retención hidráulico de 240-360 horas.Digestion of sedimented sludge in the stage de) in mesophilic conditions, it passes with a time of hydraulic retention of 240-360 hours.
Según una realización particular la digestión anaerobia del lodo sedimentado en la etapa d) se realiza en un reactor horizontal, tabicado interiormente para que el flujo del lodo siga una dirección de movimiento en forma de zigzag, y se agita el licor en proceso de digestión con una parte del biogás producido, de forma continua o semicontinua, siendo la dirección del flujo de gas ascendente y perpendicular a la componente horizontal del movimiento del lodo en el interior del reactor, y el biogás producido en la etapa d) de digestión anaerobia, es presurizado y recirculado a esta misma etapa d) para la agitación del lodo en proceso de digestión anaerobia. La digestión del lodo sedimentado en esta etapa d) en condiciones mesófilas, transcurre con un tiempo de retención hidráulico de 240-360 horas. Según esta misma realización. El biogás producido en esta etapa d) de digestión anaerobia, es recirculado como combustible para el calentamiento de los afluentes y/o del interior de los reactores de digestión anaerobia. Preferentemente, el 10-30% del lodo digerido se recicla a la corriente del afluente, homogeneizándose con éste antes de la alimentación del reactor anaerobio de lodos.According to a particular embodiment the digestion anaerobic sludge sludge in stage d) is performed in a horizontal reactor, internally partitioned so that the flow of the mud follow a zigzag-shaped direction of movement, and it Stir the liquor in digestion process with a part of the biogas produced, continuously or semi-continuously, the address being upstream gas flow and perpendicular to the component horizontal of the movement of the mud inside the reactor, and the biogas produced in stage d) of anaerobic digestion, is pressurized and recirculated to this same stage d) for agitation of the sludge in the process of anaerobic digestion. The digestion of the mud sedimented at this stage d) under mesophilic conditions, elapses with a hydraulic retention time of 240-360 hours. According to this same embodiment. The biogas produced in this stage d) anaerobic digestion, is recirculated as fuel for the heating of the tributaries and / or the interior of the anaerobic digestion reactors. Preferably, the 10-30% of the digested sludge is recycled to the stream of the tributary, homogenizing with it before feeding of the anaerobic sludge reactor.
La digestión del sobrenadante en la etapa d) en condiciones mesófilas, transcurre con un tiempo de retención hidráulico de entre 24 y 72 horas.Digestion of the supernatant in step d) in mesophilic conditions, elapses with a retention time Hydraulic between 24 and 72 hours.
La digestión del lodo sedimentado en la etapa d) en condiciones termófilas, transcurre con un tiempo de retención hidráulico de 192-288 horas.Digestion of sedimented sludge in stage d) under thermophilic conditions, it passes with a retention time 192-288 hours hydraulic.
Según una realización particular adicional, la digestión anaerobia del lodo sedimentado en la etapa d) se realiza en un reactor horizontal, tabicado interiormente para que el flujo del lodo siga una dirección de movimiento en forma de zigzag, y se agita el licor en proceso de digestión con una parte del biogás producido, de forma continua o semicontinua, siendo la dirección del flujo de gas ascendente y perpendicular a la componente horizontal del movimiento del lodo en el interior del reactor, y el biogás producido en la etapa d) de digestión anaerobia, es presurizado y recirculado a esta misma etapa d) para la agitación del lodo en proceso de digestión anaerobia. La digestión del lodo sedimentado en esta etapa d) en condiciones termófilas, transcurre con un tiempo de retención hidráulico de 192-288 horas. Según esta misma realización. El biogás producido en esta etapa d) de digestión anaerobia, es recirculado como combustible para el calentamiento de los afluentes y/o del interior de los reactores de digestión anaerobia. Preferentemente, el 10-30% del lodo digerido se recicla a la corriente del afluente, homogeneizándose con éste antes de la alimentación del reactor anaerobio de lodos.According to a further particular embodiment, the anaerobic digestion of sedimented sludge in stage d) is performed in a horizontal reactor, internally partitioned so that the flow from the mud follow a zigzag direction of movement, and it Stir the liquor in digestion process with a part of the biogas produced, continuously or semi-continuously, the address being upstream gas flow and perpendicular to the component horizontal of the movement of the mud inside the reactor, and the biogas produced in stage d) of anaerobic digestion, is pressurized and recirculated to this same stage d) for agitation of the sludge in the process of anaerobic digestion. The digestion of the mud sedimented at this stage d) under thermophilic conditions, elapses with a hydraulic retention time of 192-288 hours. According to this same embodiment. The biogas produced in this stage d) anaerobic digestion, is recirculated as fuel for the heating of the tributaries and / or the interior of the anaerobic digestion reactors. Preferably, the 10-30% of the digested sludge is recycled to the stream of the tributary, homogenizing with it before feeding of the anaerobic sludge reactor.
Según una realización particular adicional la digestión anaerobia del sobrenadante en la etapa d) en condiciones mesófilas, transcurre con un tiempo de retención hidráulico de entre 24 y 72 horas.According to a further particular embodiment the anaerobic digestion of the supernatant in stage d) under conditions mesophilic, elapses with a hydraulic retention time of between 24 and 72 hours.
Según una realización particular adicional, durante la digestión anaerobia en la etapa d) el biogás producido es recirculado como combustible para el calentamiento de los afluentes y/o del interior de los reactores de digestión anaerobia, y la digestión transcurre en condiciones mesófilas, con un tiempo de retención hidráulico de entre 24 y 72 horas.According to a further particular embodiment, during anaerobic digestion in stage d) the biogas produced It is recirculated as a fuel for heating tributaries and / or inside anaerobic digestion reactors, and the digestion takes place in mesophilic conditions, with a time Hydraulic retention between 24 and 72 hours.
Según una realización particular adicional, durante la digestión anaerobia en la etapa d) transcurre con un tiempo de retención hidráulico de 12-24 horas, en condiciones termófilas, realizándose la digestión anaerobia de la fracción líquida de la decantación primaria en un reactor de lecho empacado, en operación continua y flujo ascendente o descendente, utilizando en dicho lecho empacado un soporte para el empaque consiste en fragmentos perforados de barro pre-cocido a una temperatura de cocción comprendida entre 750-850ºC y reciclando el 15-35% del efluente del reactor de lecho empacado en operación continua a la corriente del afluente de dicho reactor, homogeneizándose con éste antes de la alimentación del reactor. Se alcanzan eficiencias globales con estas condiciones en la reducción de la materia orgánica de 85-95%, referida a Demanda Química de Oxígeno, con una velocidad máxima de carga volumétrica (Bv) de 15-25 Kg DQO. m^{3}_{(reactor)} . día^{-1}.According to a further particular embodiment, during anaerobic digestion in stage d) it proceeds with a hydraulic retention time of 12-24 hours, in thermophilic conditions, performing anaerobic digestion of the liquid fraction of the primary decantation in a bed reactor packed, in continuous operation and up or down flow, using in said packed bed a support for the packing consists of perforated mud fragments pre-cooked at a cooking temperature included between 750-850ºC and recycling the 15-35% of the packed bed reactor effluent in continuous operation to the flow of the tributary of said reactor, homogenizing with it before feeding the reactor. Be they reach global efficiencies with these conditions in the organic matter reduction of 85-95%, referred a Chemical Oxygen Demand, with a maximum loading speed volumetric (Bv) of 15-25 Kg COD. m 3 (reactor). day -1.
Según una realización particular adicional, durante la digestión anaerobia en la etapa d) transcurre con un tiempo de retención hidráulico de 24-72 horas, en condiciones mesófilas, realizándose la digestión anaerobia de la fracción liquida de la decantación primaria en un reactor de lecho empacado, en operación continua y flujo ascendente o descendente, utilizando en dicho lecho empacado un soporte para el empaque consiste en fragmentos perforados de barro pre-cocido a una temperatura de cocción comprendida entre 750-850ºC y reciclando el 15-35% del efluente del reactor de lecho empacado en operación continua a la corriente del afluente de dicho reactor, homogeneizándose con éste antes de la alimentación del reactor. Se alcanzan eficiencias globales con estas condiciones en la reducción de la materia orgánica de 85-95%, referida a Demanda Química de Oxígeno, con una velocidad máxima de carga volumétrica (Bv) de 15-25 Kg DQO. m^{3}_{(reactor)} . día^{-1}.According to a further particular embodiment, during anaerobic digestion in stage d) it proceeds with a hydraulic retention time of 24-72 hours, in mesophilic conditions, performing anaerobic digestion of the liquid fraction of the primary decantation in a bed reactor packed, in continuous operation and up or down flow, using in said packed bed a support for the packing consists of perforated mud fragments pre-cooked at a cooking temperature included between 750-850ºC and recycling the 15-35% of the packed bed reactor effluent in continuous operation to the flow of the tributary of said reactor, homogenizing with it before feeding the reactor. Be they reach global efficiencies with these conditions in the organic matter reduction of 85-95%, referred a Chemical Oxygen Demand, with a maximum loading speed volumetric (Bv) of 15-25 Kg COD. m 3 (reactor). day -1.
El procedimiento de la invención puede comprender las siguientes etapas:The process of the invention can understand the following stages:
a) desbaste de sólidos,a) roughing of solids,
b) fermentación anóxica-aerobia-anóxica,b) fermentation anoxic-aerobic-anoxic,
c) decantación del efluente procedente de la fermentación anóxica-aerobia-anóxica, de la etapa b) anterior, obteniéndose un efluente que consiste en un lodo sedimentado y un sobrenadante,c) decantation of the effluent from the fermentation anoxic-aerobic-anoxic, stage b) above, obtaining an effluent consisting of a mud sedimented and a supernatant,
d) digestión anaerobia del lodo sedimentado y del sobrenadante de la etapa c) anterior, obteniéndose biogás, y un efluente que consiste en un lodo digerido y una fracción líquida digerida, yd) anaerobic digestion of sedimented sludge and of the supernatant of step c) above, obtaining biogas, and an effluent consisting of a digested sludge and a liquid fraction digested, and
e) estabilización del lodo digerido y de la fracción líquida digerida de la etapa d) anterior.e) stabilization of digested sludge and digested liquid fraction of step d) above.
La etapa e) de estabilización del lodo digerido y de la fracción líquida digerida comprende la deshidratación del lodo digerido y el lagunaje de la fracción líquida digerida en una o varias balsas.Stage e) of stabilization of the digested sludge and of the digested liquid fraction comprises the dehydration of the digested sludge and the lagoon of the digested liquid fraction in a or several rafts.
Según realizaciones particulares adicionales, el procedimiento de la invención puede comprender las siguientes etapas:According to additional particular embodiments, the method of the invention may comprise the following stages:
a) desbaste de sólidos,a) roughing of solids,
b) fermentación anóxica-aerobia-anóxica,b) fermentation anoxic-aerobic-anoxic,
c) decantación del efluente procedente de la fermentación anóxica-aerobia-anóxica, de la etapa b) anterior, obteniéndose un efluente que consiste en un lodo sedimentado y un sobrenadante,c) decantation of the effluent from the fermentation anoxic-aerobic-anoxic, stage b) above, obtaining an effluent consisting of a mud sedimented and a supernatant,
d) digestión anaerobia del lodo sedimentado y del sobrenadante de la etapa c) anterior, obteniéndose biogás, y un efluente que consiste en un lodo digerido y una fracción líquida digerida,d) anaerobic digestion of sedimented sludge and of the supernatant of step c) above, obtaining biogas, and an effluent consisting of a digested sludge and a liquid fraction digested,
y una etapa de homogenización que se lleva a cabo entre el desbaste de sólidos y la etapa c) de fermentación anóxica-aerobia-anóxica.and a homogenization stage that leads to out between the roughing of solids and stage c) of fermentation anoxic-aerobic-anoxic.
Según realizaciones particulares adicionales, el procedimiento de la invención puede comprender las siguientes etapas:According to additional particular embodiments, the method of the invention may comprise the following stages:
a) desbaste de sólidos,a) roughing of solids,
b) fermentación anóxica-aerobia-anóxica,b) fermentation anoxic-aerobic-anoxic,
c) decantación del efluente procedente de la fermentación anóxica-aerobia-anóxica, de la etapa b) anterior, obteniéndose un efluente que consiste en un lodo sedimentado y un sobrenadante,c) decantation of the effluent from the fermentation anoxic-aerobic-anoxic, stage b) above, obtaining an effluent consisting of a mud sedimented and a supernatant,
d) digestión anaerobia del lodo sedimentado y del sobrenadante de la etapa c) anterior, obteniéndose biogás, y un efluente que consiste en un lodo digerido y una fracción líquida digerida,d) anaerobic digestion of sedimented sludge and of the supernatant of step c) above, obtaining biogas, and an effluent consisting of a digested sludge and a liquid fraction digested,
e) estabilización del lodo digerido y de la fracción líquida digerida de la etapa d) anterior,e) stabilization of digested sludge and digested liquid fraction of step d) above,
y una etapa de homogenización que se lleva a cabo entre el desbaste de sólidos y la etapa c) de fermentación anóxica-aerobia-anóxica.and a homogenization stage that leads to out between the roughing of solids and stage c) of fermentation anoxic-aerobic-anoxic.
La etapa de homogenización puede estar integrada físicamente al primer reactor anóxico de la etapa de fermentación anóxica-aerobia-anóxica.The homogenization stage can be integrated physically to the first anoxic reactor of the fermentation stage anoxic-aerobic-anoxic.
Dicha etapa de homogenización se puede realizar con agitadores de hélice sumergidos.Said homogenization stage can be performed. with submerged propeller stirrers.
La presente invención se refiere además al uso del procedimiento definido anteriormente en la depuración orgánica y nitrogenada de un vertido, en el que se producen los siguientes subproductos reciclables: lodo biológico, efluente líquido, energía eléctrica y energía calorífica.The present invention further relates to the use of the procedure defined above in organic clearance and nitrogen from a spill, in which the following occur recyclable by-products: biological sludge, liquid effluent, energy Electric and heat energy.
El procedimiento se puede aplicar a residuales biodegradables de alta o baja carga orgánica y nitrogenada, lo cual está en dependencia de la disposición final del efluente de la balsa facultativa. Son vertidos preferentes los originados en la industria agroalimentaria, con énfasis en los estiércoles líquidos y purines procedentes de la crianza intensiva de cerdos, aves y ganado mayor.The procedure can be applied to residuals biodegradable high or low organic and nitrogen cargo, which is dependent on the final disposition of the effluent of the optional raft. Preferred spills are those originating in the agri-food industry, with emphasis on liquid manures and slurry from intensive rearing of pigs, birds and older cattle
Una realización particular del procedimiento objeto de invención comprende:A particular embodiment of the procedure object of the invention comprises:
1.- Desbaste de sólidos.1.- Roughing of solids.
2.- Homogenización.2.- Homogenization.
3.- Ciclo de fermentación anóxica-aerobia-anóxica.3.- Fermentation cycle anoxic-aerobic-anoxic.
4.- Separación físico-química del efluente del tratamiento biológico de fermentación anóxica-aerobia-anóxica.4.- Physical-chemical separation of the effluent from the biological fermentation treatment anoxic-aerobic-anoxic.
5.- Digestión anaerobia5.- Anaerobic digestion
5.1.- Digestión anaerobia del lodo sedimentado.5.1.- Anaerobic sludge digestion sedimented
5.2.- Digestión anaerobia del sobrenadante.5.2.- Anaerobic digestion of the supernatant.
6.- Estabilización de los efluentes de los reactores6.- Stabilization of effluents from reactors
6.1.- Deshidratación del lodo digerido.6.1.- Dehydration of the digested sludge.
6.2.- Tratamiento del sobrenadante digerido mediante lagunaje facultativo.6.2.- Treatment of the digested supernatant through optional gap.
7.- Línea de biogás.7.- Biogas line.
7.1.- Recirculación para la agitación de los lodos en proceso de digestión anaerobia.7.1.- Recirculation for agitation of sludge in anaerobic digestion process.
7.2.- Purificación: deshidratación y remoción de sulfuro de hidrógeno.7.2.- Purification: dehydration and removal of hydrogen sulfide.
7.3.- Cogeneración de energía eléctrica y calorífica con el biogás producido.7.3.- Cogeneration of electrical energy and calorific with the biogas produced.
Seguidamente se describen en detalle las etapas de dicha realización del procedimiento.The stages are described in detail below. of said embodiment of the procedure.
Para la remoción de los sólidos no deseados en la línea de tratamiento, se aplican las tecnologías tradicionalmente empleadas que hacen uso de cámaras de rejas, tamices, desarenadores y desengrasadores. La elección del sistema está en correspondencia con el origen del vertido; el diámetro de paso de las bombas, tuberías e intercambiadores de calor; la resistividad a la abrasión de los equipos mecánicos utilizados, entre otros factores influyentes.For the removal of unwanted solids in the treatment line, the technologies are applied traditionally employed that make use of gate chambers, sieves, sand blasters and degreasers. System choice is in correspondence with the origin of the discharge; the diameter of passage of pumps, pipes and heat exchangers; the abrasion resistance of the mechanical equipment used, among other influential factors.
La homogenización se realiza preferentemente con agitadores de hélice sumergidos, y se diseña para minimizar el efecto de la variabilidad del caudal de entrada a la planta y de la concentración de los componentes del vertido. En los casos en que el caudal punta no manifieste variaciones importantes en un intervalo de tiempo dado, como por ejemplo en la limpieza de las instalaciones de crianza animal, la operación de homogenización puede integrarse físicamente a la fase anóxica del tratamiento biológico que sigue.Homogenization is preferably performed with submerged propeller stirrers, and is designed to minimize the effect of the variability of the input flow to the plant and of the concentration of the discharge components. In cases where the peak flow does not show significant variations in a given time interval, such as in the cleaning of animal husbandry facilities, homogenization operation can be physically integrated into the anoxic phase of the treatment biological that follows.
La homogenización como operación unitaria de pretratamiento, es necesaria sólo cuando la variación de la carga y el caudal deprima los indicadores de eficiencia y rendimiento de los procesos físico-químicos y biológicos que conforman este procedimiento.Homogenization as a unit operation of pretreatment, it is necessary only when the variation of the load and the flow depress the efficiency and performance indicators of the physical-chemical and biological processes that make up this procedure.
El propósito de esta etapa es la remoción parcial y conjunta del nitrógeno y la materia orgánica presente en el residual, mediante la integración de procesos de nitrificación y desnitrificación. Para ello puede utilizarse el modelo de un reactor discontinuo secuencial SBR (de sus siglas en inglés: Sequencing Batch Reactor) o un sistema de dos o más reactores donde las fermentaciones anóxica y aerobia se realicen en reactores independientes.The purpose of this stage is the removal partial and joint nitrogen and organic matter present in the residual, through the integration of nitrification processes and denitrification For this, the model of a SBR sequential discontinuous reactor Sequencing Batch Reactor) or a system of two or more reactors where anoxic and aerobic fermentations are carried out in reactors independent.
Los indicadores de operación se diseñan en función de:Operation indicators are designed in function of:
- la carga y relación entre la materia orgánica y nitrogenada del residual,- the burden and relationship between organic matter and nitrogen from the residual,
- el pH y la alcalinidad,- pH and alkalinity,
- el valor de los indicadores de rendimiento de metano y de la eficiencia en la etapa de digestión anaerobia para satisfacer las necesidades de energía eléctrica y calorífica de la planta de tratamiento,- the value of performance indicators of methane and efficiency in the anaerobic digestion stage to meet the electrical and heat energy needs of the Processing facilities,
- los indicadores de calidad exigidos para el reciclaje del efluente líquido final.- the quality indicators required for the recycling of the final liquid effluent.
Para la ocurrencia del proceso los valores de la carga del afluente y de los indicadores de operación están comprendidos en los siguientes intervalos:For the occurrence of the process the values of the tributary load and operating indicators are included in the following intervals:
- pH: 6,8-8,0- pH: 6.8-8.0
- temperatura del medio líquido: 15-35ºC- temperature of the liquid medium: 15-35ºC
- relación entre demanda química de oxígeno (DQO) y concentración de nitrógeno total (Kjeldahl): 5-25.- relationship between chemical oxygen demand (COD) and total nitrogen concentration (Kjeldahl): 5-25.
- relación entre la materia orgánica referida a sólidos volátiles (SV) y la concentración de nitrógeno total (Kjeldahl): 4-20.- relationship between organic matter referred to volatile solids (SV) and total nitrogen concentration (Kjeldahl): 4-20.
- tiempo de retención hidráulico (proceso continuo): 3-20 días- hydraulic retention time (process continuous): 3-20 days
- tiempo de retención de sólidos: 10-20 días- solids retention time: 10-20 days
- concentración de oxígeno disuelto en la etapa de nitrificación: 2 mg/l- concentration of dissolved oxygen in the stage Nitrification: 2 mg / l
- índice de recirculación desde el fermentador aerobio hacia el anóxico: 0,40*Q, siendo Q el caudal de afluente al tratamiento.- recirculation rate from the fermenter aerobic to the anoxic: 0.40 * Q, where Q is the flow of tributary to the treatment.
En las condiciones anteriormente indicadas se alcanzan eficiencias en la reducción de la carga orgánica y nitrogenada de:Under the conditions indicated above, reach efficiencies in reducing the organic load and nitrogen of:
\varepsilon (SV) = 15-88%ε (SV) = 15-88%
\varepsilon (DQO) = 20-95%ε (COD) = 20-95%
\varepsilon (N) = 40-90%ε (N) = 40-90%
En el proceso de separación del efluente del tratamiento de nitrificación-desnitrificación se producen dos fracciones: lodo sedimentado y sobrenadante. Esta separación se lleva a efecto mediante un sistema de sedimentación en flujo vertical u horizontal, en operación continua y con un tiempo de retención hidráulico de 1-4 horas. El volumen y concentración de sólidos en ambas fracciones puede optimizarse mediante la adición de un floculante apropiado. El rendimiento volumétrico de lodo sedimentado en relación al caudal de entrada al decantador es de 25-35%.In the effluent separation process of nitrification-denitrification treatment is They produce two fractions: sedimented sludge and supernatant. This separation is carried out by a settling system in vertical or horizontal flow, in continuous operation and with a hydraulic retention time of 1-4 hours. He volume and concentration of solids in both fractions can optimized by adding an appropriate flocculant. He volumetric yield of sedimented sludge in relation to the flow rate of Decanter input is 25-35%.
El lodo sedimentado y el sobrenadante provenientes del decantador se digieren en reactores anaerobios con una estrategia de operación y diseño del reactor diferenciado para cada fracción.The sedimented sludge and the supernatant from the decanter are digested in anaerobic reactors with a differentiated reactor operation and design strategy for every fraction
La biodigestión del sedimento se realiza en un modelo de reactor horizontal, tabicado interiormente con el propósito de ralentizar la componente horizontal de la velocidad de paso. Los tabiques son muros de hormigón armado dispuestos de manera que el flujo del lodo siga una dirección de movimiento en forma de zigzag. La agitación del licor en proceso de digestión se realiza mediante la agitación temporizada o continua de una parte del biogás producido. La dirección del flujo de gas es ascendente y perpendicular a la de la componente horizontal del movimiento del licor en proceso de fermentación.Biodigestion of the sediment is carried out in a horizontal reactor model, internally partitioned with the purpose of slowing the horizontal component of the velocity of He passed. The partitions are reinforced concrete walls arranged so that the mud flow follows a direction of movement in zigzag shape The agitation of the liquor in digestion process is performed by timed or continuous agitation of a part of the biogas produced. The direction of the gas flow is ascending and perpendicular to that of the horizontal component of the movement of the liquor in fermentation process.
El tiempo de retención hidráulico en condiciones mesófilas es de 240-360 horas y en condiciones termófilas de 192-288 horas. El 10-30% del residual digerido se recicla, cada 24 horas, a la corriente del afluente, homogeneizándose con éste antes de la alimentación del reactor.Hydraulic retention time in conditions mesophiles is 240-360 hours and in conditions 192-288 hours thermophiles. He 10-30% of the digested residual is recycled, every 24 hours, to the tributary current, homogenizing with it before of the reactor feed.
El sobrenadante de la sedimentación se digiere en un reactor de lecho empacado con fragmentos perforados de barro precocido (temperatura de cocción = 750-850ºC). La alimentación es continua, con flujo hidráulico ascendente o descendente. El tiempo de retención hidráulico en condiciones mesófilas es de 24-72 horas y en condiciones termófilas de 12-24 horas. El 15-35% del efluente del reactor se recicla en operación continua a la corriente del afluente, homogeneizándose con éste antes de la alimentación del reactor.The sedimentation supernatant is digested in a packed bed reactor with perforated mud fragments precooked (cooking temperature = 750-850 ° C). The feeding is continuous, with upward hydraulic flow or falling. Hydraulic retention time in conditions mesophilic is 24-72 hours and in conditions 12-24 hour thermophiles. 15-35% of the reactor effluent is recycled in continuous operation to the tributary current, homogenizing with it before reactor feed.
Como alternativa al reactor anteriormente señalado, pueden utilizarse otros modelos que admitan altas velocidades volumétricas de carga orgánica, operando a tiempos de retención hidráulico inferiores a 72 horas, tales como: Reactor Anaerobio de Manto de Lodos y Flujo Ascendentes (Upflow Anaerobic Sluge Blanket, UASB de sus siglas en inglés); Reactor Anaerobio de Lecho Fluidizado (RALF); Reactor Anaerobio Granular de Lecho Expandido (Expanded Granular Sluge Bed, EGSG de sus siglas en inglés), entre otros con similares eficiencias y rendimientos.As an alternative to the reactor above noted, other models can be used that admit high volumetric speeds of organic loading, operating at times of hydraulic retention less than 72 hours, such as: Reactor Anaerobic Sludge Mantle and Ascending Flow (Anaerobic Upflow Sluge Blanket, UASB); Anaerobic Reactor of Fluidized Bed (RALF); Anaerobic Granular Bed Reactor Expanded (Expanded Granular Sluge Bed, EGSG) English), among others with similar efficiencies and yields.
En las condiciones anteriores y con los indicadores de operación indicados para la digestión anaerobia del lodo sedimentado y el sobrenadante, se alcanzan eficiencias globales en la reducción de la materia orgánica de 85-95%, referida a Demanda Química de Oxígeno (DQO) y 75-85 referida a Sólidos Volátiles (SV), con una velocidad máxima de carga volumétrica de 15-25 Kg DQO . m^{3}_{(reactor)} . día^{-1} y 10-20 Kg SV m^{3}_{(reactor)} . día^{-1}, respectivamente.In the above conditions and with the Indicators of operation indicated for anaerobic digestion of sedimented sludge and supernatant, efficiencies are achieved global in reducing the organic matter of 85-95%, referred to Chemical Oxygen Demand (COD) and 75-85 referred to Volatile Solids (SV), with a maximum volumetric loading speed of 15-25 Kg COD. m 3 (reactor). day -1 and 10-20 Kg SV m 3 (reactor). day -1, respectively.
Las corrientes de salida del tratamiento biológico mediante digestión anaerobia, son: lodo digerido procedente del reactor de lodo y las purgas de ambos reactores, efluente líquido digerido procedente del reactor de sobrenadante y de la centrifugación aplicada para la estabilización del lodo digerido.The treatment output currents Biological by anaerobic digestion, are: digested sludge from the mud reactor and the purges of both reactors, digested liquid effluent from the supernatant reactor and of centrifugation applied for sludge stabilization digested
El incremento de la cantidad de sólidos en estado disuelto o suspendido de los lodos digeridos se realiza mediante las tecnologías normalmente utilizadas para este fin: centrífugas decantadoras, filtros bandas, filtros prensa, condensadores y secadores térmicos.The increase in the amount of solids in dissolved or suspended state of digested sludge is performed through the technologies normally used for this purpose: decanter centrifuges, bands filters, press filters, condensers and thermal dryers.
Los efluentes líquidos del reactor anaerobio de sobrenadante, conjuntamente con los procedentes de la deshidratación de los lodos se estabilizan en una o varias balsas facultativas. Los indicadores de operación se fijan en correspondencia con el destino final del efluente: reciclaje para riego agrícola, agua de limpieza y/o vertido a cauce público o natural.Liquid effluents from the anaerobic reactor of supernatant, together with those from the sludge dehydration stabilize in one or several rafts optional. The operation indicators are set to correspondence with the final destination of the effluent: recycling for agricultural irrigation, cleaning water and / or discharge into a public channel or natural.
Uno de los productos de la digestión anaerobia es un gas, en lo adelante biogás, con una concentración volumétrica de metano de 55-80%, calculada a temperatura y presión estándar.One of the products of anaerobic digestion It is a gas, hereinafter biogas, with a concentration 55-80% methane volumetric, calculated at standard temperature and pressure.
En la línea de biogás se sitúa un gasómetro con el propósito de mantener un volumen de gas de reserva que asegure la continuidad operacional del tratamiento en caso de descensos imprevistos de la producción. El biogás es utilizado y purificado como sigue:In the biogas line there is a gasometer with the purpose of maintaining a volume of reserve gas that ensures the operational continuity of the treatment in case of declines unforeseen production. Biogas is used and purified as follows:
La recirculación requiere la presurización de una parte del biogás producido. Para ello se instala un grupo soplante en la línea de biogás que opere con una presión diferencial superior a la de la columna líquida del interior del reactor. Para la optimización del volumen útil del reactor, la presión residual en la cámara de gas debe ser la mínima indispensable para lograr la turbulencia deseada. La dirección del flujo de gas a través de la columna líquida es ascendente, en régimen de operación continua o por ciclos temporizados.Recirculation requires the pressurization of a part of the biogas produced. For this, a group is installed blower in the biogas line that operates with a pressure differential higher than that of the liquid column inside the reactor. For the optimization of the useful volume of the reactor, the residual pressure in the gas chamber must be the minimum indispensable to achieve the desired turbulence. The address of the gas flow through the liquid column is ascending, in continuous operating regime or by timed cycles.
Se aplican las tecnologías convencionales para minimizar la concentración de sulfuro de hidrógeno en el biogás, tales como: sistemas de filtro para fijar y remover el ion sulfuro por vía química o métodos microbiológicos para la reducción del ion sulfuro a azufre mediante la acción de microorganismos en un reactor biológico.Conventional technologies are applied to minimize the concentration of hydrogen sulfide in the biogas, such as: filter systems to fix and remove the sulfide ion by chemical or microbiological methods for ion reduction sulfur sulfur through the action of microorganisms in a biological reactor
Para la deshidratación se emplean las tecnologías conocidas basadas en procesos de condensación por enfriamiento o expansión.For dehydration the known technologies based on condensation processes by cooling or expansion
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Se utilizan las tecnologías convencionales para la cogeneración en sistemas basados en motor/alternador o caldera de vapor/turbina. La elección de uno u otro sistema depende de la viabilidad técnica-económica para cada caso particular.Conventional technologies are used to Cogeneration in engine / alternator or boiler based systems of steam / turbine. The choice of one system or another depends on the technical-economic feasibility for each case particular.
El calor generado se utiliza con preferencia para el ajuste y mantenimiento de la temperatura deseada en la digestión anaerobia: calentamiento del afluente y/o del interior de los reactores.The heat generated is preferably used for setting and maintaining the desired temperature in the anaerobic digestion: heating of the tributary and / or the interior of the reactors
La energía eléctrica generada se comercializa mediante venta a la red o se recicla para el autoconsumo de la planta de tratamiento e instalaciones asociadas a ésta.The generated electrical energy is commercialized through sale to the network or recycled for self-consumption of the treatment plant and facilities associated with it.
Estas alternativas de reciclaje no excluyen otras que pudieran resultar de interés en el balance económico integral del sistema de gestión del vertido.These recycling alternatives do not exclude others that could be of interest in the economic balance integral of the discharge management system.
Las figuras adjuntas representan diagramas generales del flujo del proceso. En las mismas no se indican los equipos mecánicos e hidráulicos. La leyenda es la siguiente:The attached figures represent diagrams General process flow. They do not indicate the mechanical and hydraulic equipment The legend is as follows:
Figura 1. Diagrama General de Flujo de las Corrientes Líquidas y Lodos Figure 1. General Flow Diagram of Liquid and Sludge Currents
- 1.-one.-
- Residual.Residual.
- 2.-2.-
- Cámara de Desbaste.Roughing Chamber.
- 3.-3.-
- Homogenizador/Reactor Anóxico.Homogenizer / Anoxic Reactor.
- 4.-4.-
- Reactor AerobioAerobic reactor
- 5.-5.-
- Decantador PrimarioPrimary Decanter
- 6.-6.-
- Lodo Sedimentado.Sedimented Mud.
- 7.-7.-
- Sobrenadante.Supernatant
- 8.-8.-
- Reactor de Lodos.Sludge reactor.
- 9.-9.-
- Lodos Digeridos.Digested sludge.
- 10.-10.-
- Reactor de Sobrenadante.Supernatant reactor.
- 11.-eleven.-
- Sobrenadante Digerido.Digested Supernatant.
- 12.-12.-
- Deshidratador Lodos Digeridos.Dehydrated sludge dehydrator.
- 13.-13.-
- Efluente Etapa de Deshidratación.Effluent Dehydration Stage.
- 14.-14.-
- Balsa Facultativa.Optional raft.
- 15.-fifteen.-
- Lodos Deshidratados.Dehydrated sludge.
- 16.-16.-
- Efluente Final de la Balsa Facultativa.Final Effluent of the Optional Raft.
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Figura 2. Diagrama General del Flujo de Biogás Figure 2. General Diagram of Biogas Flow
- 1.-one.-
- Reactor de Lodos.Sludge reactor.
- 2.-2.-
- Reactor de Sobrenadante.Supernatant reactor.
- 3.-3.-
- Grupo Soplante.Blower group.
- 4.-4.-
- Gasómetro.Gasometer.
- 5.-5.-
- Deshidratador de Biogás.Biogas dehydrator.
- 6.-6.-
- Grupo para la remoción de Sulfuro de Hidrógeno.Sulfide Removal Group Hydrogen.
- 7.-7.-
- Grupo para la Cogeneración con Biogás.Group for Cogeneration with Biogas.
- 8.-8.-
- Agua Caliente.Hot water.
- 9.-9.-
- Corriente Eléctrica de Baja Tensión.Low Voltage Electric Current.
- 10.-10.-
- Antorcha para la Combustión del Biogás.Biogas Combustion Torch.
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Figura 3. Diagrama General del Circuito de Calentamiento de Lodos y Sobrenadante.Figure 3. General Diagram of the Mud Heating and Supernatant Circuit .
- 1.-one.-
- Grupo de CogeneraciónCogeneration Group
- 2.-2.-
- Agua caliente.Hot water.
- 3.-3.-
- Intercambiador de Calor de Lodos.Sludge Heat Exchanger.
- 4.-4.-
- Intercambiador de Calor de Sobrenadante.Supernatant Heat Exchanger.
- 5.-5.-
- Reactor de Lodos.Sludge reactor.
- 6.-6.-
- Reactor de Sobrenadante.Supernatant reactor.
- 7.-7.-
- Circuito de Calentamiento de Lodos.Sludge Heating Circuit.
- 8.-8.-
- Circuito de Calentamiento de Sobrenadante.Heating Circuit Supernatant
- 9.-9.-
- Agua de Retorno.Return water.
- 10.-10.-
- Grupo Aerotérmico.Aerothermal Group
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
Seguidamente se describe un ejemplo de aplicación de la presente invención. Consiste en el tratamiento de los purines de una explotación para la crianza intensiva de 2.000 cerdos, con un peso vivo promedio de 90 Kg.An example of Application of the present invention. It consists of the treatment of the slurry of a farm for the intensive breeding of 2,000 pigs, with an average live weight of 90 kg.
Principales características del vertido:Main characteristics of the discharge:
- caudal medio diario: 40 m^{3}/día- average daily flow: 40 m 3 / day
- pH = 7,0-7,2- pH = 7.0-7.2
- sólidos totales: 30 Kg./m^{3}- total solids: 30 Kg./m^{3}
- sólidos volátiles: 21 Kg./m^{3}- volatile solids: 21 Kg./m^{3}
- demanda química de oxígeno: 26 Kg./m^{3}- chemical oxygen demand: 26 Kg./m^{3}
- demanda bioquímica de oxígeno: 18,5 Kg./m^{3}- biochemical oxygen demand: 18.5 Kg./m^{3}
- nitrógeno total (KJELDAHL): 1,35 Kg./m^{3}- total nitrogen (KJELDAHL): 1.35 Kg./m^{3}
- nitrógeno amónico: 0,87 Kg./m^{3}- Ammonium nitrogen: 0.87 Kg./m^{3}
A continuación se describen las etapas del procedimiento para 24 horas de operación.The stages of the procedure for 24 hours of operation.
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Consiste en hacer pasar el purín a través de una cámara compuesta por un desarenador y un tamiz para la remoción de los sólidos no deseados en la línea de tratamiento.It consists of passing the slurry through a chamber composed of a sand trap and a sieve for the removal of unwanted solids in the treatment line.
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La reducción biológica de la concentración de nitrógeno del purín se realiza en 3 reactores dispuestos en serie, trabajando a una temperatura media ambiental de 20ºC. El primero opera como homogenizador durante las 4 primeras horas del ciclo; este intervalo de tiempo corresponde a la limpieza de las instalaciones de crianza de los cerdos. Las 20 horas restantes permanece en régimen anóxico, alimentando al reactor siguiente que opera en condiciones aerobias, con una concentración de oxígeno disuelto de 3 mg/l y un tiempo de retención hidráulico de 24 horas. El 45% del volumen de trabajo del reactor aerobio se recicla al reactor anóxico, con una secuencia de 6 recirculaciones de 3 m^{3} cada una, en ciclos de 4 horas.The biological reduction of the concentration of slurry nitrogen is carried out in 3 reactors arranged in series, working at an average environmental temperature of 20ºC. First operates as a homogenizer during the first 4 hours of the cycle; this time interval corresponds to the cleaning of the pig breeding facilities. The remaining 20 hours remains in anoxic regime, feeding the following reactor that operates in aerobic conditions, with an oxygen concentration dissolved of 3 mg / l and a hydraulic retention time of 24 hours. 45% of the workload of the aerobic reactor is recycled at anoxic reactor, with a sequence of 6 recirculations of 3 m 3 each, in cycles of 4 hours.
Por último el efluente del reactor aerobio alimenta a un reactor en operación anóxica que trabaja con un tiempo de retención hidráulico de 7,5 horas y que además cumple la función de regulador del caudal de entrada a la etapa de decantación primaria.Finally the aerobic reactor effluent feeds a reactor in anoxic operation that works with a hydraulic retention time of 7.5 hours and which also meets the function of regulator of the flow of entrance to the stage of primary decantation
Como resultado del proceso anterior se alcanza una eficiencia media en la reducción del nitrógeno de 60% y de la materia orgánica, referida a sólidos volátiles, de 23%.As a result of the previous process it is reached an average efficiency in the reduction of nitrogen of 60% and of the organic matter, referred to volatile solids, of 23%.
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Se lleva a cabo en un decantador primario de flujo vertical, en operación continua y con un tiempo de retención hidráulica de 3,5 horas. En esta etapa ocurre la separación del efluente del proceso biológico anterior en dos fases: lodo sedimentado y sobrenadante con una producción media de 13,2 m^{3}/día y 26,8 m^{3}/día, respectivamente.It is carried out in a primary decanter of vertical flow, in continuous operation and with retention time 3.5 hours hydraulics. At this stage the separation of the effluent from the previous biological process in two phases: sludge sedimented and supernatant with an average production of 13.2 m 3 / day and 26.8 m 3 / day, respectively.
La temperatura media ambiental es de 20ºC.The average environmental temperature is 20ºC.
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Antes de la alimentación del reactor, la temperatura del lodo se ajusta a 30ºC mediante la recirculación de esta corriente hacia un intercambiador de calor diseñado para lodos, situado en la línea de agua caliente del grupo de cogeneración.Before feeding the reactor, the sludge temperature is adjusted to 30 ° C by recirculation of this current to a heat exchanger designed for sludge, located in the hot water line of the cogeneration group.
La biodigestión se realiza en operación semicontinua, en un reactor horizontal tabicado interiormente con muros de hormigón armado dispuestos de manera que el flujo de lodo siga una dirección de movimiento en forma de zigzag. La agitación con biogás del licor en proceso de digestión se realiza durante 3 minutos en ciclos de 8 horas.Biodigestion is performed in operation semi-continuous, in a horizontal reactor internally partitioned with reinforced concrete walls arranged so that the mud flow follow a zigzag direction of movement. Agitation with biogas from the liquor in digestion process is carried out for 3 minutes in cycles of 8 hours.
El tiempo de retención hidráulico se fija en 264 horas para una velocidad de carga volumétrica media de 3,73 Kg. SV/m^{3}_{reactor}/día. El 20% del residual digerido se recicla cada 24 horas a la corriente del afluente, homogenizándose con éste antes de la alimentación del reactor.The hydraulic retention time is set at 264 hours for an average volumetric loading rate of 3.73 kg. SV / m 3 reactor / day. 20% of the digested residual is recycled every 24 hours to the tributary stream, homogenizing with it before the reactor feed.
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
Antes de la alimentación del reactor, la temperatura del sobrenadante se ajusta a 30ºC mediante la recirculación de esta corriente hacia un intercambiador de calor diseñado para esta fracción líquida, situado en la línea de agua caliente del grupo de cogeneración. La biodigestión se realiza en un reactor de lecho empacado con fragmentos perforados de barro precocido (temperatura de cocción = 750-850ºC). La alimentación es continua, con flujo hidráulico descendente. El tiempo de retención hidráulico se fija en 60 horas para una velocidad de carga volumétrica media de 3,90 Kg. SV/m^{3}_{reactor}/día. El 25% del efluente se recicla de forma continua a la corriente de alimentación.Before feeding the reactor, the supernatant temperature is adjusted to 30 ° C by recirculation of this current to a heat exchanger designed for this liquid fraction, located in the water line hot from the cogeneration group. Biodigestion is performed in a packed bed reactor with perforated mud fragments precooked (cooking temperature = 750-850 ° C). The Feeding is continuous, with downward hydraulic flow. He hydraulic retention time is set at 60 hours for a average volumetric loading speed of 3.90 kg. SV / m 3 reactor / day. 25% of the effluent is recycled Continue to feed current.
Como resultado de la digestión anaerobia del lodo sedimentado y el sobrenadante se alcanza una eficiencia media en la reducción de la materia orgánica, referida a sólidos volátiles, de 85,11% a un tiempo de retención global de 5,13 días. La productividad global es de 1,69 m^{3} de metano por m^{3} de volumen útil de reactor y día de operación. La concentración volumétrica media de metano en el biogás es de 67,5% calculada a temperatura y presión estándar.As a result of anaerobic digestion of sedimented sludge and the supernatant is achieved medium efficiency in the reduction of organic matter, referred to solids volatile, 85.11% at a global retention time of 5.13 days. The overall productivity is 1.69 m 3 of methane per m 3 of Useful reactor volume and day of operation. Concentration Average volumetric methane in biogas is 67.5% calculated at standard temperature and pressure.
\vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
El efluente del reactor de lodo y las purgas de lodo se deshidratan en una decantadora centrífuga. El efluente del reactor de sobrenadante se mezcla y homogeniza con el efluente de la centrifugación y se descargan a una balsa que opera en régimen facultativo, con un tiempo de retención hidráulico de 45 días.The effluent from the mud reactor and the purges of sludge is dehydrated in a centrifugal decanter. The effluent of supernatant reactor is mixed and homogenized with the effluent from centrifugation and are discharged to a raft that operates in regime optional, with a hydraulic retention time of 45 days.
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La deshidratación del biogás se realiza situando dos condensadores por expansión, uno a la salida del gasómetro y otro antes del paso de la corriente gaseosa a través del sistema instalado para la remoción de sulfuro de hidrógeno. Este sistema consta de dos columnas, una en operación y otra de reserva, empacadas con una mezcla de limallas de hierro y virutas de madera, a través de la cual el gas fluye en dirección ascendente con un caudal medio de 19,33 m^{3}/hora y un tiempo de retención de 0,03 horas.Biogas dehydration is done by placing two condensers per expansion, one at the outlet of the gasometer and another before the passage of the gas stream through the system installed for the removal of hydrogen sulfide. This system It consists of two columns, one in operation and one in reserve, packed with a mixture of iron limes and chips wood, through which the gas flows upwards with an average flow of 19.33 m3 / hour and a retention time 0.03 hours
El biogás procedente de la columna de purificación entra al grupo de cogeneración formado por un motor de pistones para la combustión de biogás unido a un generador asíncrono e intercambiadores de agua-agua y gases-agua para el aprovechamiento del calor de refrigeración.The biogas from the column of purification enters the cogeneration group formed by a motor of pistons for the combustion of biogas attached to a generator asynchronous and water-water exchangers and gas-water for heat use of refrigeration.
En el presente ejemplo de realización se alcanza una eficiencia media en la reducción del nitrógeno del purín de 90% y de la materia orgánica referida a sólidos volátiles de 98,5%. Las producciones diarias son: 500 Kg. de lodos biológicos con un contenido medio de sólidos totales de 30%, 38 m^{3} de agua depurada y 950 Kw-h de energía eléctrica.In the present embodiment, it is achieved an average efficiency in the reduction of purine nitrogen from 90% and organic matter referred to volatile solids of 98.5%. Daily productions are: 500 Kg. Of biological sludge with a average total solids content of 30%, 38 m 3 of water purified and 950 Kw-h of electrical energy.
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