ES2333123T3

ES2333123T3 - Procedimiento de tratamiento de lodo digerido.

Info

Publication number: ES2333123T3
Application number: ES04729002T
Authority: ES
Inventors: Goran Karlsson; Ingemar Karlsson; Michael Recktenwald; Lennart Pettersson
Original assignee: Kemira Kemi AB
Current assignee: Kemira Kemi AB
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2024-04-22
Also published as: NO331442B1; SE525083C2; CN1787974A; SE0301171D0; EP1615854A1; RU2338699C2; KR101056587B1; EP1615854B1; KR20060009268A; US7166227B2; NO20055123L; HRP20090591T1; DK1615854T3; BRPI0409786A; SE0301171L; US20050000908A1; CA2523225A1; HK1092449A1; ATE440806T1; JP2006524128A

Abstract

Un procedimiento de tratamiento, en la purificación de aguas residuales, conteniendo el lodo materia orgánica, hierro divalente y fósforo, en el que el lodo se trata a 0ºC-100ºC con un ácido, en el que se consigue un pH de 1-5, para la disolución de hierro divalente y fósforo del lodo, el lodo se suministra de forma subsiguiente con un oxidante seleccionado de peróxido de hidrógeno y percompuestos, oxidándose el hierro divalente por medio de la reacción de Fenton a hierro trivalente, y (i) precipitándose el hierro trivalente en forma de fosfato de hierro trivalente (ii) formándose radicales libres con un efecto de desodorización y saneamiento por medio de la reacción de Fenton. deshidratándose después el lodo a un pH de como máximo 7, y volviéndose a circular la solución acuosa obtenida en la deshidratación a la purificación de aguas residuales, caracterizado porque el lodo se suministra con una cantidad de 10-100 kg de peróxido de hidrógeno al 100% por tonelada de sólidos secos, si el peróxido de hidrógeno se usa como el oxidante, y el lodo tratado contiene hierro disuelto y fósforo en una relación molar de Fe:P de más de 1:1.

Description

Procedimiento de tratamiento de lodo digerido.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento para tratar lodo. Más específicamente, la invención se refiere a un procedimiento para tratar, en la purificación de aguas residuales, lodo obtenido de estaciones depuradoras. La invención es especialmente útil en el tratamiento de lodo de estaciones depuradoras municipales y, por lo tanto, se describirá a continuación haciendo referencia al mismo. Sin embargo, la invención no está limitada al tratamiento de lodo de estaciones depuradoras municipales, pero también se puede aplicar en el tratamiento de lodo de otros tipos de estaciones depuradoras, tales como estaciones depuradoras para la purificación de aguas residuales industriales.

Antecedentes de la técnica

El agua que se purifica en estaciones depuradoras municipales se recoge a partir de una amplia serie de fuentes. Normalmente, comprende el flujo acumulado de aguas residuales domésticas, aguas superficiales, aguas residuales industriales parcialmente purificadas y agua de lluvia. En la purificación de aguas residuales, primero se eliminan los objetos grandes que están dentro de las aguas residuales. Además, la eliminación está compuesta por partículas y grava, y por último materia orgánica, metales y sales nutritivas, tales como nitrógeno y compuestos de fósforo.

La purificación de aguas residuales normales en Suecia comprende la purificación mecánica, biológica y química del agua. Un enrejado separa las impurezas más gruesas, después de lo cual la arena y las partículas más pesadas se depositan en una primera etapa de sedimentación, denominada desarenador, antes de que comience la purificación biológica y/o química.

Las estaciones depuradoras actuales de Suecia se construyen con purificación biológica y química extensiva. Las sales de metales de aluminio o hierro se usan para precipitar fosfato. Se pueden añadir antes, durante o después del proceso de purificación biológica (pre-precipitación, precipitación simultánea y post-precipitación respectivamente). Tanto el tratamiento químico como el biológico del agua genera lodo que se deposita y que se debe tratar.

Los lodos generados a partir de las diferentes sedimentaciones se recogen normalmente en las estaciones depuradoras implicadas. Normalmente se trata de un asunto de lodo primario (lodo mecánico), lodo secundario (lodo biológico en exceso) y lodo terciario (lodo químico). Los productos de sedimentación de los enrejados iniciales y desarenadores normalmente no están incluidos en el lodo recogido de esta forma. El lodo recogido se engorda ligeramente por medio de sedimentación adicional y después se bombea a un digestor. En el digestor, el lodo se trata en condiciones anaeróbicas para descomponer la materia orgánica y para producir una cantidad reducida de lodo, denominada lodo digerido.

Como se describe anteriormente, en la purificación de aguas residuales se obtienen grandes cantidades de lodo digerido, el cual debe tratarse. Por ejemplo, el lodo digerido se puede depositar en vertederos controlados o se pueden usar como fertilizante. Sin embargo, depositar el lodo digerido en vertederos controlados requiere grandes espacios y es costoso. Se prefiere el uso de lodo digerido en forma de fertilizante, pero este uso se ha cuestionado cada vez más, ya que el lodo contiene metales pesados y otras sustancias no deseadas. Como alternativa a depositarse en vertederos controlados y usarse como fertilizante, el lodo digerido se puede quemar. En Suecia, en 2002 se prohibió el depósito de residuos combustibles en vertederos controlados, y en 2005 se prohibirá el depósito de todos los residuos orgánicos en vertederos controlados.

En vista de lo indicado anteriormente, el lodo digerido que se va a incinerar debería tener un contenido en sólidos lo más alto posible. También en el caso de otro tipo de almacenamiento final del lodo deshidratado distinto a incineración, puede ser muy importante, sobre todo en términos económicos, reducir la cantidad de lodo deshidratando el lodo hasta que tenga un contenido en sólidos lo más alto posible. Reducir la cantidad de lodo proporcionando un contenido alto en sólidos del lodo digerido es difícil y hasta el momento solamente se ha conseguido a un coste elevado por medio de una combinación de deshidratado y secado mecánico. Por lo tanto, sería una gran mejora si se pudiera proporcionar fácilmente una reducción de la cantidad de lodo digerido, esto es el peso y volumen del lodo digerido, de una forma distinta a solamente deshidratación y secado.

Otro problema en el tratamiento de lodo digerido a partir de la purificación de aguas residuales es el molesto y desagradable olor que está asociado al lodo digerido. Este molesto olor es un problema medioambiental e implica que las plantas para la producción y tratamiento de lodo a partir de la purificación de aguas residuales deben emplazarse con frecuencia aisladas de otros edificios. Por lo tanto sería una ventaja medioambiental si el molesto y desagradable olor del lodo pudiera reducirse o eliminarse.

Otro problema es que el lodo a partir de la purificación de aguas residuales contiene con frecuencia bacterias patogénicas, tales como salmonella, E. Coli, etc. Sería una gran ventaja si el lodo se saneara, es decir, se tratara de tal forma que las bacterias se eliminaran o se redujera hasta un nivel inocuo (por ejemplo por debajo de 10 cfu/ml de lodo con contenido en sólidos del 1%-5%. "cfu"= unidades formadoras de colonias).

Todavía otro problema es que el lodo a partir de la purificación de aguas residuales es, en la mayor parte de los casos, pegajoso y difícil de manejar y deshidratar. Sería una ventaja considerable si se pudiera proporcionar un lodo que no fuera pegajoso y se manejara y deshidratara fácilmente.

Se conocen diferentes procedimientos para el tratamiento de lodo a partir de la purificación de aguas residuales, y como ejemplo, cabe mencionar el documento WO 95/06004, que se publicó el 2 de marzo de 1995, y el documento WO 96/20894, que se publicó el 11 de julio de 1996. Estas dos referencias están relacionadas con el tratamiento de lodo a partir de la purificación de aguas residuales para la recuperación de fósforo y metal, por ejemplo hierro, del compuesto químico precipitado. El lodo se puede tratar con ácido para la disolución del contenido en metal y fósforo, después de lo cual el fósforo se precipita en forma de fosfato de hierro trivalente, en cuyo caso el hierro divalente se puede convertir primero en hierro trivalente por oxidación con, por ejemplo, peróxido de hidrógeno.

Como ejemplo adicional, se puede mencionar el documento WO 98/41479, que se publicó el 24 de septiembre de 1998. Esta referencia describe un procedimiento para el tratamiento de lodo a partir de la purificación de aguas residuales, en el que el hierro y/o aluminio de los compuestos químicos precipitados se disuelve del lodo y la solución formada se vuelve a circular a la purificación de aguas residuales. En una primera etapa, el lodo se somete a hidrólisis ácida. Después de la hidrólisis, el lodo restante y el líquido de hidrólisis se llevan a una segunda etapa para la separación del lodo restante.

Otro ejemplo de la técnica anterior en relación con el tratamiento de lodo es el documento EP 0 832 853. Esta referencia está relacionada con un procedimiento para eliminar el olor no deseado del lodo a partir de purificación de aguas residuales biológicas y mejorar la filtrabilidad del lodo. En el procedimiento, el lodo con un pH de 2-6 se mezcla con sal de hierro (II) y peróxido de hidrógeno. El pH se ajusta usando un ácido, tal como ácido sulfúrico, que se añade de forma adecuada simultáneamente con la sal de hierro (II). Se obtiene una reacción exotérmica, que genera una temperatura de 10ºC-38ºC de la mezcla de la reacción, sin que se necesite calentamiento.

Un ejemplo más de la técnica anterior en relación con el tratamiento de lodo es la Patente de Estados Unidos 6.368.511, que describe un procedimiento para mejorar la deshidratación del lodo. En el procedimiento, el lodo se somete a un pre-acondicionamiento oxidativo ácido a un pH inferior a 5. La acidificación tiene lugar con ácido clorhídrico para prevenir problemas subsiguientes con la precipitación de yeso, como sería el caso en la acidificación usando ácido sulfúrico. En el pre-acondicionamiento, se añaden iones de hierro divalente y peróxido de hierro, formando así reactivos de Fenton que provocan una ruptura oxidativa parcial de los componentes del lodo orgánico. Después se lleva a cabo un post-acondicionamiento inorgánico mezclándose el lodo pre-acondicionado con óxidos de metales alcalinotérreos, tales como hidróxido de calcio, con el fin de aumentar el pH a 9-11. De forma subsiguiente, el lodo se deshidrata.

El Journal of Hazardous Materials B98 (2003) 33-50, "A Review of Classic Fenton's Peroxidation as an Advanced Oxidation Technique" proporciona una investigación sobre la reacción de Fenton. También describe el uso de la misma para mejorar la capacidad de deshidratación del lodo de aguas residuales. Sin embargo, no se describe ningún tratamiento ácido particular del lodo. Ni se indica el contenido en fósforo del lodo, ni que éste se precipita en forma de fosfato de hierro trivalente.

El Journal of Hazardous Materials B98 (2003) 91-106, "Pilot-Scale Peroxidation (H_{2}O_{2}) of Sewage Sludge" describe el tratamiento de lodo de aguas residuales a escala piloto por medio de la reacción de Fenton con el fin de mejorar la capacidad de deshidratación. De acuerdo con el artículo, las condiciones óptimas son pH3, adición de 5-50 g de H_{2}O_{2}/kg de materia sólida, 1,67 Fe^{2+}/kg de materia sólida a una temperatura ambiente y presión durante 60-90 minutos. Después de la reacción, se llevó a cabo la neutralización añadiendo hidróxido de calcio. No se describe ningún tratamiento ácido especial del lodo. Ni se indica que el contenido en fósforo del lodo se precipita en forma de fosfato de hierro trivalente. En su lugar, es evidente que la disolución de fósforo a la fase acuosa -, y también que la disolución de nitrógeno ha aumentado considerablemente.

Los documentos Patent Abstracts of Japan Vol. 006 Nº 063 y JP 57.004.299 (EBARA INFILCO CO LTD), 1982, describen un procedimiento para el tratamiento de lodo, en el que primero un oxidante, tal como peróxido de hidrógeno, y un material que disocia iones metálicos, tales como ferrosulfato, se añaden al lodo. De forma subsiguiente, el lodo se trata en condiciones ácidas, por ejemplo con ácido sulfúrico, después de lo cual el lodo tratado se deshidrata.

El documento WO 03/045851, que se publicó el 5 de junio de 2003, describe un procedimiento para el tratamiento de lodo a partir de purificación de aguas residuales, siendo el lodo acidificado en dos etapas y tratado con una solución de ferrisal y peróxido de hidrógeno en una cantidad de 5-40 kg de Fe/tonelada de lodo seco y respectivamente 5-40 kg de H_{2}O_{2}/tonelada de lodo seco. El lodo se flocula añadiendo un polímero orgánico, después de lo cual el lodo floculado se deshidrata.

El documento WO 03/045852, que se publicó el 5 de junio de 2003, comprende el mismo procedimiento que el documento WO 03/045851, salvo que la acidificación preferiblemente tiene lugar en la misma etapa.

Un objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento para tratar lodo a partir de la purificación de aguas residuales con el fin de reducir fácil y eficazmente la cantidad del mismo, es decir, el peso y el volumen del mismo.

Otro objeto de la invención es proporcionar un procedimiento para tratar lodo, por medio del cual el lodo se desodoriza, es decir el molesto y desagradable olor se elimina del lodo.

Un objeto más de la invención es proporcionar un procedimiento para tratar lodo, por medio del cual el lodo se sanea.

Un objeto adicional de la invención es proporcionar un procedimiento para tratar lodo, que resulta en un lodo con capacidad de deshidratación mejorada, es decir, un lodo que es más fácil y/o más rápido de deshidratar.

Sumario de la invención

De acuerdo con la presente invención, los objetos anteriores se consiguen por medio de lodo, que contiene materia orgánica, hierro divalente y fósforo, primero tratándose con ácido. Después el lodo se somete a un tratamiento oxidante, en el que tiene lugar una precipitación de fosfato de hierro trivalente. Además, el hierro se oxida de acuerdo con la reacción de Fenton para romper la materia orgánica, desodorizar y sanear. Después del tratamiento de oxidación, el lodo se deshidrata.

Más específicamente, de acuerdo con la presente invención se proporciona un procedimiento para el tratamiento, en la purificación de aguas residuales, de lodo que contiene materia orgánica, hierro divalente y fósforo, en el que

el lodo se trata a 0ºC-100ºC con un ácido a un pH de 1-5 para la disolución de hierro divalente y fósforo del lodo, se proporciona al lodo un oxidante seleccionado de peróxido de hidrógeno y percompuestos, oxidándose el hierro divalente por medio de la reacción de Fenton hasta producir hierro trivalente, y

(i) siendo precipitado el hierro trivalente en forma de fosfato de hierro trivalente.

(ii) radicales libres con un efecto de desodorización y saneamiento estando formados por la reacción de Fenton,

deshidratándose después el lodo a un pH de como máximo 7, y

volviéndose a circular la solución acuosa obtenida en la deshidratación a la purificación de aguas residuales, caracterizada por que

el lodo que se trata está preparado para contener hierro disuelto y fósforo en una relación molar Fe:P superior a 1:1 y se proporciona al lodo una cantidad de 10-100 kg de peróxido de hidrógeno al 100% por tonelada de sólidos secos, si el peróxido de hidrógeno se usa en forma de oxidante.

Las características y ventajas adicionales de la presente invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción y las reivindicaciones anexas.

Breve descripción del dibujo

El dibujo adjunto muestra un diagrama de flujo esquemático de un procedimiento de acuerdo con la invención para el tratamiento de lodo usando tratamiento ácido, tratamiento oxidante y deshidratación del lodo.

Descripción detallada de la invención

En el procedimiento de acuerdo con la invención, el lodo es preferiblemente un lodo de aguas residuales procedente de estaciones depuradoras municipales, y más preferiblemente un lodo digerido, y la invención se describirá por lo tanto a continuación en relación con el tratamiento de un lodo digerido, sin embargo, no estando la invención limitada a éste.

En el procedimiento de acuerdo con la invención, el lodo digerido se somete primero a un tratamiento ácido a un pH de 1-5, preferiblemente de 1-4, más preferiblemente de 2-4, especialmente de 3-4. En el tratamiento ácido, el lodo debería tener un contenido en sólidos adecuado, por ejemplo del 1% al 6% en peso, tal como del 1% al 3% en peso, y si este no es el caso el contenido en sólidos deseado se establece antes del tratamiento ácido de forma adecuada por disolución o deshidratación, según convenga.

Para conseguir el pH deseado en el tratamiento ácido, se añade un ácido al lodo. Este ácido se puede seleccionar de ácidos orgánicos e inorgánicos. Como ejemplos de tales ácidos, se puede hacer mención al ácido sulfúrico, ácido fórmico y ácido oxálico. Por razones económicas, por ejemplo, se prefiere usar ácido sulfúrico.

El tratamiento ácido se puede llevar a cabo en uno o más reactores conectados en serie. El tratamiento ácido tiene lugar dentro de un intervalo de temperatura entre 0ºC y 100ºC, preferiblemente entre 20ºC y 100ºC. Usando una temperatura baja, tal como temperatura ambiente, en el tratamiento ácido se da la ventaja de que no se necesita ningún o muy poco calentamiento en el tratamiento ácido. Una ventaja adicional de usar una temperatura baja es que se evita la disolución no deseada de nitrógeno a partir de la materia orgánica en el lodo digerido. La disolución de nitrógeno, que se tiene lugar en el tratamiento ácido a temperaturas elevadas, tal como 100ºC, produce un contenido en nitrógeno aumentado en el filtrado obtenido en la deshidratación del lodo digerido tratado. Como el filtrado se vuelve a circular a la purificación de aguas residuales, esto debería implicar una carga de nitrógeno aumentada en la purificación de aguas residuales y las necesidades adjuntas para la reducción de nitrógeno, lo que haría más costosa la purificación de aguas residuales. Como el procedimiento de acuerdo con la invención no produce ninguna o muy poca disolución de nitrógeno, esto significa una necesidad reducida o eliminada de reducir el nitrógeno en la purificación de aguas residuales, lo que a su vez significa una reducción de costes.

La duración del tratamiento ácido no es importante, pero se prefiere que el lodo se trate con ácido durante un periodo de 10 minutos a 2 horas.

El tratamiento ácido produce una disolución de la materia inorgánica. Así pues, el fósforo y el hierro se disuelven del lodo, en cuyo caso el hierro que probablemente está presente en forma de hierro trivalente, se reduce a divalente. Sobre todo, el fósforo inorgánico se disuelve del lodo. En el tratamiento ácido también tiene lugar parte de la conversión de la materia orgánica a, entre otros, dióxido de carbono que escapa en forma gaseosa. A un pH bajo y/o a alta temperatura también tiene lugar parte de disolución del fósforo orgánico.

Una condición en la invención es que el lodo digerido contenga hierro y fósforo. Normalmente esto significa que el lodo digerido se ha obtenido por purificación de aguas residuales usando compuestos de hierro en forma de precipitantes. Una característica importante de la invención también es la relación molar de hierro a fósforo en el lodo después de la disolución. Así pues el contenido en hierro del lodo debería ser suficiente para la precipitación del contenido de fósforo disuelto en el lodo y también suficiente para la reacción de Fenton cuando se añade un oxidante al lodo tratado con ácido. Además podría ser conveniente tener un exceso de hierro que después de la oxidación a forma trivalente se vuelve a circular al proceso de purificación de agua para usar en forma de precipitante. El contenido de hierro en el lodo digerido introducido en el tratamiento del lodo está presente principalmente en forma de hierro divalente o se convierte al mismo en relación con el tratamiento ácido. Cuando se añade un oxidante, el hierro divalente se oxida a trivalente. El hierro que se oxida de estado divalente a trivalente se usa por una parte para precipitar el contenido de fósforo disuelto en el lodo en forma de fosfato de hierro trivalente y, por otra parte, en reacción de Fenton, en la que el hierro divalente se oxida por medio de un oxidante, tal como peróxido de hidrógeno, hasta producir hierro trivalente durante la liberación simultánea de iones hidroxilo y radicales hidroxilo de acuerdo con la fórmula de la reacción

H_{2}O_{2} + Fe^{2+} \rightarrow Fe^{3+} + OH + OH\cdot

Cualquier exceso de Fe^{3+} y Fe^{2+} oxidados se puede volver a circular al proceso de purificación de agua para usar en forma de precipitante.

Lo anterior significa que la relación molar de Fe disuelto a P en el procedimiento de acuerdo con la invención debe ser superior a 1:1, tal como al menos 1,5:1, por ejemplo aproximadamente 2:1. Preferiblemente, la relación molar Fe:P es desde más de 1:1 a 2:1, preferiblemente desde más de 1:1 a 1,5:1. Esto da como resultado un exceso de hierro trivalente para reciculación al proceso de purificación de agua.

En relación con la adición del oxidante y la oxidación de hierro divalente a trivalente, el contenido de fósforo disuelto en el lodo se precipita en forma de fosfato de hierro trivalente. El contenido en fósforo en forma de fosfato de hierro se incluirá en el lodo finalmente tratado.

Si el contenido en hierro del lodo original no es suficiente para llevar a cabo, además de la precipitación del contenido en fósforo disuelto del lodo, también la reacción de Fenton y posiblemente también forme un exceso de hierro para recirculación al proceso de purificación de agua, se puede añadir hierro adicional al lodo en el tratamiento ácido y/o la adición de oxidante. Este hierro adicional se añade preferiblemente en forma de hierro divalente, por ejemplo, sulfato de hierro.

El oxidante que se añade en la invención se selecciona de peróxido de hidrógeno y compuestos que en contacto con sustancias que se pueden oxidar forman peróxido de hidrógeno. Más específicamente, el oxidante se selecciona de peróxido de hidrógeno y percompuestos. Ejemplos de percompuestos preferidos son percarbonato sódico y ácido peracético. También se pueden usar las combinaciones de dos o más oxidantes. Se prefiere particularmente usar peróxido de hidrógeno, convenientemente en forma de una solución acuosa con un contenido en peróxido de hidrógeno del 30% al 50% en peso, más preferiblemente del 30% en peso. La cantidad de oxidante añadido no es importante, pero debería ser de tal forma que sea efectiva para llevar a cabo la reacción de Fenton y oxidar el lodo y también desodorizarlo y sanearlo. Cuando se usa peróxido de hidrógeno en forma de oxidante, esto significa que se añade de 10 a 100 kg, preferiblemente de 30 a 60 kg de peróxido de hidrógeno por tonelada de sustancia seca de lodo, estando el peróxido de hidrógeno calculado como peróxido de hidrógeno al 100%.

De acuerdo con la reacción de Fenton arriba descrita, la relación molar de hierro a peróxido de hidrógeno es equimolar, pero se prefiere que tenga un exceso de peróxido de hidrógeno (oxidante), de tal forma que la relación molar hierro:oxidante sea desde aproximadamente 0,01:1 hasta aproximadamente 1:1, más preferiblemente desde aproximadamente 0,1:1 a 1:2.

El tratamiento con oxidante de acuerdo con la invención preferiblemente tiene lugar al pH del lodo después del tratamiento ácido. La duración del tratamiento con oxidante es preferiblemente desde aproximadamente 1 minuto hasta 1,5 horas, más preferiblemente desde 5 minutos hasta 1 hora. El tratamiento con oxidante además tiene lugar preferiblemente a la temperatura del lodo después del tratamiento ácido, por ejemplo 10ºC-40ºC.

Además de la oxidación de hierro divalente a hierro trivalente, la adición del oxidante produce la oxidación de materia orgánica a, entre otros, dióxido de carbono que escapa en forma gaseosa. Además, se obtiene la desodorización del lodo por medio de la acción de los radicales hidroxilo formados en la reacción de Fenton. Esta desodorización es eficaz y produce un lodo cuyo olor se reduce o que prácticamente no tiene olor, lo que significa grandes ventajas medioambientales. Además, la adición del oxidante produce el saneamiento del lodo, reduciendo o eliminando así bacterias patogénicas.

Una ventaja adicional de la invención es la buena filtrabilidad del lodo en la deshidratación. La razón no está bastante clara, pero probablemente, además del efecto del tratamiento ácido y el tratamiento oxidante del lodo, también se deberá a un efecto favorable del fosfato de hierro trivalente precipitado en la oxidación. Se supone por excelentes razones que el fosfato de hierro trivalente precipitado, debido a su tamaño de partículas y estructura, tiene un efecto favorable como ayuda de filtración en la deshidratación. Así pues, en la invención se ha observado que, en lugar de un lodo pegajoso que es extremadamente difícil de deshidratar de acuerdo con la técnica anterior, se proporciona un lodo que es fácil de deshidratar de acuerdo con la invención, formando un producto no pegajoso, pulverulento, que se puede secar fácilmente por sí mismo al aire.

Después del tratamiento con un oxidante, el lodo se deshidrata. La deshidratación se produce preferiblemente al mismo pH que el del lodo en el tratamiento con el oxidante, es decir pH 1-5. Opcionalmente, se puede realizar cierto ajuste del pH del lodo con el fin de neutralizarlo, es decir, hasta aproximadamente pH 7, pero no se realiza un tratamiento alcalino especial del lodo con el fin de volverlo alcalino de acuerdo con la invención. Esto significa que el pH del lodo en la deshidratación es como máximo 7 de acuerdo con la presente invención.

La deshidratación puede tener lugar en una sola etapa, pero se divide preferiblemente en pre-deshidratación y deshidratación final. La pre-deshidratación tiene lugar preferiblemente en un dispositivo de pre-deshidratación mecánica, tal como una centrifugadora o criba rotativa. También la deshidratación final (que puede constituir la única deshidratación si se excluye la pre-deshidratación) es deshidratación mecánica. La deshidratación final tiene lugar preferiblemente en una centrifugadora, prensa de husillo, prensa de filtro de cámara o prensa de filtro de banda.

En la invención se ha descubierto inesperadamente que el lodo tratado se puede deshidratar por medio de deshidratación mecánica hasta un contenido en sólidos alto, tal como al menos el 30% en peso, preferiblemente al menos el 35% en peso, más preferiblemente del 40%-60% en peso, especialmente del 40% al 50% en peso. La deshidratación mecánica se produce, como se menciona anteriormente, por ejemplo en una centrifugadora, prensa de husillo o prensa de filtro de banda, más preferiblemente en una prensa de husillo o prensa de filtro de banda. Es sorprendente que un simple medio como tal haga posible que la deshidratación sea tan efectiva. En experimentos con lodo que no se ha tratado con ácido ni oxidante, el prensado en una prensa de husillo ha resultado de hecho en un contenido en sólidos de solamente el 28% en peso. Obviamente, la combinación de tratamiento ácido y el posterior tratamiento con un oxidante y la precipitación adjunta del fosfato de hierro trivalente resulta en la deshidratación del lodo que se vuelve más efectiva de una forma sorprendente, de tal forma que se puede conseguir un contenido en sólidos de al menos el 30% en peso, preferiblemente al menos el 35% en peso.

Con el fin de facilitar la deshidratación mecánica y hacerla más eficaz se prefiere que la deshidratación tenga lugar en presencia de un adyuvante de deshidratación. Tales adyuvantes de deshidratación son conocidos y están constituidos adecuadamente por precipitantes que pueden ser de tipo iónico o no iónico, por ejemplo polielectrolito de tipo aniónico o catiónico.

Si se usa un adyuvante de deshidratación, se añade preferiblemente antes de la deshidratación, tal como antes de la pre-deshidratación. Posteriormente, se efectúa la pre-deshidratación del lodo, seguido de la deshidratación final, que preferiblemente tiene lugar en una prensa de husillo o prensa de filtro de banda.

A continuación la invención se aclarará adicionalmente con relación al dibujo adjunto.

Como se indica anteriormente, la Figura es un diagrama de flujo esquemático de un procedimiento de acuerdo con la invención.

Como se indica por la flecha 1 en el extremo izquierdo de la Figura 1, las aguas residuales se introducen en una planta de tratamiento, tal como una planta de tratamiento de aguas residuales municipales 2, en la que la purificación de las aguas residuales tiene lugar de la forma anteriormente descrita. En la purificación, el lodo producido se introduce en una cámara de digestión (no se muestra) para digerir el lodo. Desde la cámara de digestión el lodo digerido 3 se introduce en un reactor 4. El contenido en sólidos del lodo digerido normalmente es aproximadamente del 1% al 6% en peso, por ejemplo del 1% al 3% en peso, pero si de desea, el lodo se puede espesar antes de introducirse en el reactor 4, por ejemplo usando una centrifugadora. Después de introducirse en el reactor, el lodo digerido se somete al tratamiento ácido, como se describe anteriormente.

Como se menciona anteriormente, el tratamiento ácido tiene lugar en uno o más reactores conectados en serie a un pH de 1-5, preferiblemente de 1-4, a una temperatura de 0ºC a 100ºC, preferiblemente de 20ºC a 100ºC, y durante un periodo de 10 minutos a 2 horas. Como se menciona anteriormente, en el tratamiento ácido tiene lugar parte de la conversión de materia orgánica a, entre otros, dióxido de carbono que escapa en forma gaseosa.

El lodo tratado con ácido se somete después a tratamiento con un oxidante.

El lodo se introduce desde el tratamiento ácido a un reactor 5 subsiguiente, en el que el oxidante, preferiblemente peróxido de hidrógeno, se añade al lodo. En el tratamiento oxidante, el hierro divalente disuelto en el lodo se oxida hasta producir hierro trivalente y forma junto con el contenido en fósforo disuelto del lodo fosfato de hierro trivalente que se precipita. En el tratamiento oxidante el oxidante reacciona con hierro divalente en el lodo de acuerdo con la reacción de Fenton anteriormente descrita. Si el lodo contuviera una cantidad insuficiente de hierro divalente, se puede añadir hierro divalente adicional (no se muestra) en relación con el tratamiento oxidante en el reactor 5.

El tratamiento oxidante en el reactor 5 se lleva a cabo preferiblemente sin calentamiento externo, es decir, a temperatura ambiente. Dado que la reacción de Fenton es exotérmica, esto significa que la temperatura de la mezcla de la reacción generalmente está en el intervalo entre aproximadamente 10ºC y 40ºC. La duración del tratamiento oxidante puede variar, pero es preferiblemente desde aproximadamente 1 minuto a 1,5 horas, más preferiblemente de 5 minutos a 1 hora.

Después del tratamiento con el oxidante, en el que el lodo se desodoriza y se sanea y se rompe la materia orgánica hasta producir, entre otros, dióxido de carbono, se añade un adyuvante 7 al lodo 6.

Después el lodo se introduce en un dispositivo de pre-deshidratación 8 que preferiblemente es una criba rotativa, con el fin de espesar el lodo hasta un contenido en sólidos de aproximadamente el 10% al 20% en peso, preferiblemente desde aproximadamente el 14% al 16% en peso, que es adecuado para introducir el lodo espesado 9 al dispositivo de deshidratación final subsiguiente 10, que preferiblemente es una prensa de husillo. En la prensa de husillo 10 el lodo se deshidrata mecánicamente, preferiblemente a una presión de 1,5-5,0 MPa, hasta un contenido en sólidos de al menos el 35% en peso, preferiblemente del 40% al 60% en peso. El lodo prensado 11 se descarga de la prensa 10 en forma de un polvo que se maneja fácilmente, no pegajoso, que después se puede secar, por ejemplo por secado al aire, con el fin de aumentar adicionalmente el contenido en sólidos, y/o se introduce en un incinerador (no se muestra) para quemarse hasta obtener cenizas. En lugar de incinerarse, el lodo prensado 11 se puede disponer de alguna otra forma, por ejemplo depositándolo en vertederos o elaborando compostaje.

Los siguientes ejemplos aclararán la invención sin, sin embargo, restringirla.

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Ejemplo 1

El lodo digerido se trató de acuerdo con la invención por medio de tratamiento ácido, tratamiento con un oxidante (peróxido de hidrógeno) y deshidratación. El tratamiento tuvo lugar a diferentes temperaturas. Después se determinaron los contenidos de las siguientes bacterias: a) coliforme 37ºC, b) coniforme termotolerante, c) Escherichia coli presunta, d) Clostridium perifringens, y e) salmonella.

En paralelo se hizo la misma determinación en una muestra del mismo lodo digerido que no se había tratado de acuerdo con la invención, pero solamente calentada a 70ºC durante 30 minutos a pH 6,85. Además, el contenido en bacterias se determinó en un blanco del lodo digerido, es decir, una muestra que no se ha sometido a ningún tratamiento en absoluto. Los resultados se indican en la Tabla 1. La Tabla indica que la muestra marca los kg de peróxido de hidrógeno al 100%/temp., ºC, durante 30 minutos/pH.

Los valores en la Tabla se refieren al número de unidades formadoras de colonias por ml de lodo que tiene un contenido en sólidos del 2,5% (cfu/ml).

TABLA 1

1

Como es evidente a partir de los resultados, el tratamiento de acuerdo con la invención tuvo un efecto de saneamiento efectivo. En particular, se puede observar el efecto favorable del tratamiento usando peróxido de hidrógeno en Clostridium perfringens. Además, la salmonella se eliminó de todas las muestras de acuerdo con la invención.

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Ejemplo 2

El contenido en sólidos (TS = sólidos secos) de dos dispositivos de deshidratación se compara por un lado después del tratamiento de acuerdo con la invención por tratamiento ácido con un oxidante (peróxido de hidrógeno) y, por otra parte, sin tratamiento de acuerdo con la invención.

El lodo (lodo digerido) contiene en la entrada del tratamiento ácido y en la entrada de los dispositivos de deshidratación TS al 3% floculado con polímero. Los dispositivos de deshidratación comprenden una centrifugadora, en la que el lodo tiene un tiempo de retención de menos de 1 minuto, y después de eso una prensa de husillo que está precedida por un tambor de deshidratación. La prensa de husillo aplica una presión de 50 bares y el tiempo de retención del lodo en la prensa de husillo es de 15 a 30 minutos. En el tambor de deshidratación, el lodo se deshidrata hasta obtener un contenido en TS del 10% al 15% y después se introduce en la prensa de husillo, aumentándose adicionalmente el contenido en TS.

Los resultados se indican en la Tabla 2.

TABLA 2

2

Como es evidente a partir de los resultados, el tratamiento de acuerdo con la invención tiene un efecto favorable en particular cuando se usa una prensa de husillo.

Ejemplo 3

El lodo digerido se trató de acuerdo con la invención por tratamiento ácido, tratamiento con un oxidante (peróxido de hidrógeno) y deshidratación usando una prensa de husillo. Los siguientes resultados se obtuvieron a diferentes temperaturas.

TABLA 3

3

Como es evidente a partir de los resultados, el tratamiento de acuerdo con la invención proporcionó un contenido en TS claramente aumentado con una temperatura aumentada.

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Ejemplo 4

Se realizaron experimentos parecidos a un procedimiento continuo, con lotes de 20 y 60 l. El lodo digerido se trató con ácido y se separó la fase acuosa de la fase sólida. La fase acuosa tenía un pH de 3-4 y el líquido se trató continuamente con peróxido de hidrógeno para la oxidación de hierro divalente a hierro trivalente y precipitación subsiguiente de fosfato de hierro trivalente. Se examinaron el lodo nuevo y el lodo antiguo (2 semanas).

TABLA 4

4

Como es evidente a partir de los resultados, el tratamiento de acuerdo con la invención en un estado estacionario produce partículas de fosfato de hierro trivalente que tienen un tamaño medio de partículas de 20 \mum. Estas partículas fomentan la deshidratación mejorada actuando en forma de adyuvante de filtración internamente generado.

La invención se ha descrito anteriormente con relación a las realizaciones preferidas, pero se debe entender que sólo son aclaratorias y que el alcance de la invención solamente está limitado por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. Un procedimiento de tratamiento, en la purificación de aguas residuales, conteniendo el lodo materia orgánica, hierro divalente y fósforo, en el que

el lodo se trata a 0ºC-100ºC con un ácido, en el que se consigue un pH de 1-5, para la disolución de hierro divalente y fósforo del lodo,

el lodo se suministra de forma subsiguiente con un oxidante seleccionado de peróxido de hidrógeno y percompuestos, oxidándose el hierro divalente por medio de la reacción de Fenton a hierro trivalente, y

(i): precipitándose el hierro trivalente en forma de fosfato de hierro trivalente

(ii): formándose radicales libres con un efecto de desodorización y saneamiento por medio de la reacción de Fenton.

\quad: deshidratándose después el lodo a un pH de como máximo 7, y

\quad: volviéndose a circular la solución acuosa obtenida en la deshidratación a la purificación de aguas residuales,

\quad: caracterizado porque

\quad: el lodo se suministra con una cantidad de 10-100 kg de peróxido de hidrógeno al 100% por tonelada de sólidos secos, si el peróxido de hidrógeno se usa como el oxidante, y

\quad: el lodo tratado contiene hierro disuelto y fósforo en una relación molar de Fe:P de más de 1:1.

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2. Un procedimiento como se reivindica en la reivindicación 1, caracterizado por que el lodo se trata con ácido con ácido sulfúrico, ácido fórmico o ácido oxálico.

3. Un procedimiento como se reivindica en la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el lodo se trata con ácido durante 10 minutos a 2 horas.

4. Un procedimiento como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el lodo que se trata contiene hierro y fósforo en una relación molar de Fe:P de más de 1:1 a 1, 5:1.

5. Un procedimiento como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el lodo se alimenta con un hierro divalente adicional antes de la adición de un oxidante.

6. Un procedimiento como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el oxidante se selecciona de al menos uno de entre peróxido de hidrógeno, percarbonato sódico y ácido peracético.

7. Un procedimiento como se reivindica en la reivindicación 6, caracterizado porque el oxidante es peróxido de hidrógeno.

8. Un procedimiento como se reivindica en la reivindicación 7, caracterizado por que el lodo se suministra con peróxido de hidrógeno en forma de oxidante en una cantidad de 30-60 kg, peróxido de hidrógeno al 100% por tonelada de sólidos secos.

9. Un procedimiento como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el lodo se alimenta con un adyuvante de deshidratación antes de la deshidratación.

10. Un procedimiento como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el lodo se pre-deshidrata con una centrifugadora o una criba rotativa.

11. Un procedimiento como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el lodo finalmente se deshidrata con una centrifugadora, prensa de husillo, prensa de filtro de cámara o prensa de filtro de banda.

12. Un procedimiento como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el lodo se deshidrata hasta un contenido en sólidos de al menos el 30% en peso.

13. Un procedimiento como se reivindica en la reivindicación 12, caracterizado porque el lodo se deshidrata hasta un contenido en sólidos del 35% al 60% en peso.