ES2378152T3 - Procedimiento de deshidratación de lodos y lodos así deshidratados - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de deshidratación de lodos, que comprende: una adición de un agente basico a lodos que presentan un pH igual o inferior a 8, una adición a los lodos de al menos un componente organico floculante, por la adición del agente basico antedicho, un aumento de pH de los lodos hasta un valor inferior a un pH a partir del cual tiene lugar una degradación de dicho al menos un componente organico, una floculación de los lodos, y una separación en los lodos floculados entre lodos deshidratados y una fase liquida, caracterizado porque el agente basico antedicho es un compuesto calcaro magnesiano que responde a la fórmula: CaCO3. (1-x) [yMg (OH) 2º+º (1-y) MgO], en la cual x e y son fracciones molares, 0, 45 : x : 0, 75, y 0 : y : 1, y porque los lodos tratados presentan, hasta despues de dicha separación, dicho valor inferior a un pH a partir del cual tiene lugar una degradación de dicho al menos un componente organico.
Description
Procedimiento de deshidrataci6n de lodos y lodos asi deshidratados
La presente invenci6n es relativa a un procedimiento de deshidrataci6n de lodos, que comprende:
una adici6n de un agente basico a lodos que presentan un pH igual o inferior a 8,
una adici6n a los lodos de al menos un componente organico floculante,
por la adici6n del agente basico antedicho, un aumento de pH de los lodos hasta un valor inferior a un pH a partir del cual tiene lugar una degradaci6n de dicho al menos componente organico,
una floculaci6n de los lodos, y
una separaci6n de los lodos floculados en lodos deshidratados y una fase liquida,
y los lodos asi deshidratados.
Por lodos, se debe entender en el sentido de la presente invenci6n, cualquiera de los lodos, cuyo pH inicial es inferior o igual a 8, tales como, por ejemplo, los lodos de una estaci6n de depuraci6n de las aguas urbanas y de las industrias agroalimentarias. Se pueden tambien prever los lodos de dragado asi como otros lodos eventualmente mas acidos. En ese caso, ventajosamente estos lodos se llevan previamente a una gama de pH de al menos 6 a un pH de a lo sumo 8, por neutralizaci6n.
De manera general, estos lodos, durante su tratamiento, en primer lugar se decantan antes de ser espesados. Se someten a continuaci6n a una floculaci6n, seguida de una deshidrataci6n, realizada, en la mayoria de los casos, por medio de un filtro de bandas, de un filtro prensa o de un decantador centrifugo, en presencia o no de calefacci6n. Ademas de la reducci6n de volumen, el objeto de este tratamiento es facilitar la manipulaci6n, el almacenamiento y el transporte de estos lodos.
Se conoce bien la deshidrataci6n de los lodos por medio de floculantes. Tambien ya se previo, por ejemplo para el tratamiento de lodos de pesquerias, asociar al floculante un agente asistente a la floculaci6n, que es un compuesto de calcio soluble en agua (vease por ejemplo la solicitud de patente japonesa nO 4 40286). Se utiliza, como compuesto de calcio, bien sea compuestos muy basicos de tipo cal, o bien sales de calcio tales como halogenuros, nitrato o acetato. El objetivo buscado es un agua purificada resultante del tratamiento de los lodos.
Se conoce tambien un procedimiento de deshidrataci6n de lodos en el cual se preve, despues del tratamiento del lodo por un floculante polimero, de ajustar el pH en un valor comprendido entre 9 y 12 por adici6n de 6xido o de hidr6xido de calcio o de magnesio (vease la patente de EE.UU. nO 4.675.114). Este procedimiento requiere por otro lado la adici6n de lodo de formaldehido, que es un producto t6xico reconocido que plantea problemas de medio ambiente y que se debe, por lo tanto, evitar.
Todos estos procedimientos anteriores, que utilizan preferentemente cal para ayudar a la floculaci6n, requieren que el aumento del pH este suficientemente controlado para evitar cualquier degradaci6n demasiado rapida del floculante que se vuelve inactivo a pH muy basicos. Algunos procedimientos preven incluso una neutralizaci6n durante el procedimiento, con sus consecuencias sobre el coste y sobre la cantidad de agua que se debe eliminar durante la filtraci6n.
Para llegar a este control, se previ6 un procedimiento tal como el indicado al principio, en el cual se hace uso, como agente basico, de un compuesto calcico muy basico que se trat6 para retrasar el aumento del pH del medio desde el inicio de la adici6n de este compuesto hasta el final de la floculaci6n, pudiendo el pH a continuaci6n proseguir este aumento en los lodos, preferentemente incluso despues de la deshidrataci6n de los lodos tratados (vease solicitud de patente internacional nO WO 00/4527).
No obstante, para retrasar el aumento del pH, el compuesto calcico se debe someter a tratamientos previos, por ejemplo:
el aumento del tamafo medio de los granos del aditivo calcico, en particular, para evitar la presencia de particulas inferiores a 50 Im, lo que impone una operaci6n de separaci6n de finos o de aglomeraci6n,
la adici6n de un compuesto organico para retrasar la disoluci6n del compuesto calcico,
el cocimiento excesivo del compuesto calcico que se vuelve asi menos reactivo.
Estas operaciones previas son costosas y en algunos casos introducen aditivos extrafos en los lodos. Ademas, el pH a pesar de todo s6lo se mantiene en un intervalo compatible con la utilizaci6n de un floculante durante un tiempo corto (algunos minutos), lo que dificulta la operaci6n de filtraci6n antes del final de este plazo.
Por otra parte se conoce tambien un procedimiento de inyecci6n de gas inerte y/o de inmovilizaci6n de sustancias nocivas en materias de tipo lodos, comprendiendo este procedimiento una adici6n a estas materias de al menos un aglutinante hidraulico, siendo esta mezcla afadida a una materia inorganica que contiene compuestos de magnesio y/o de una materia inorganica que contiene compuestos de aluminio (vease patente europea nO 0408545).
La presente invenci6n tiene por objeto poner remedio a los inconvenientes antes citados y poner a punto un procedimiento de deshidrataci6n de lodos facil y que permite la obtenci6n de lodos que presentan propiedades de uso favorables, tales como un buen comportamiento en mont6n, un paleo, etc. Los lodos obtenidos deben preferentemente presentar contenidos en materia seca elevados, haciendo al mismo tiempo uso de los floculantes habitualmente utilizados para la floculaci6n de los lodos.
Para solucionar estos problemas, se previ6, segun la invenci6n, un procedimiento tal como se describe al principio, en el cual el agente basico antedicho es un compuesto calcaro magnesiano que responde a la f6rmula:
en la cual:
x e y son fracciones molares,
0,45 : x : 0,75, y
0: y : 1,
y los lodos tratados presentan, hasta despues de dicha separaci6n, dicho valor inferior a un pH a partir del cual tiene lugar una degradaci6n de dicho al menos un componente organico.
La ventaja particular de este procedimiento es que la etapa de separaci6n, es decir, de deshidrataci6n, no se ve impuesta de contratiempo, puesto que el aumento de pH necesario se mantiene controlado.
Result6 en efecto, de una manera inesperada, que era posible obtener, por la adici6n del compuesto calcaro magnesiano segun la invenci6n, a la vez un tasa de materias secas asombrosamente elevado de los lodos deshidratados y a la vez una subida de pH suave y regular hasta un pH maximo que permanece de este lado del pH donde los floculantes usuales para la floculaci6n de los lodos pierden su actividad, en particular, un pH inferior o igual a 10. Las operaciones de decantaci6n, de filtraci6n, de prensado y/o de centrifugaci6n se pueden tomar sin presionarse y correr el riesgo de alcanzar un pH demasiado elevado. Los lodos deshidratados segun el procedimiento segun la invenci6n pueden alcanzar tasas de materia seca superiores a 75% en peso, ventajosamente de 80% en peso e incluso hasta un 90% en peso o todavia mas. Es necesario tener en cuenta por otro lado que los lodos siguen presentando el pH existente en el momento de la separaci6n.
Por otra parte, cuando se determina la sequedad de los lodos deshidratados obtenidos segun el procedimiento segun la invenci6n, se constata de una manera inesperada una ganancia sustancial en sequedad con respecto a la sequedad que se habria obtenido si la misma cantidad de compuesto calcaro magnesiano segun la invenci6n se hubiera afadido despues de la deshidrataci6n del lodo tratado. Esta sequedad despues del tratamiento se calcula por medio de la f6rmula siguiente:
S1x (100 + t)S2cal
=
Donde:
S1 es el contenido en materia seca de la torta de lodo sin compuesto calcaro magnesiano segun la invenci6n, en porcentaje en peso,
t es el tasa de adici6n de compuesto calcaro magnesiano segun la invenci6n, expresado en porcentaje en peso con respecto a la materia seca contenida en el lodo espesado, y
S2cal es el contenido calculado en materia seca de la torta de lodo con compuesto calcaro magnesiano segun la invenci6n, en porcentaje en peso, cuando se admite que no hay efecto adicional del compuesto calcaro magnesiano sobre la sequedad de la torta.
Preferentemente, el compuesto calcaro magnesiano segun la invenci6n es lo que se denomina una dolomia semicalcinada, de f6rmula CaCO3.MgO, donde el componente MgO puede ser parcial o totalmente en forma de Mg(OH)2. Esta dolomia semicalcinada se puede obtener por cocci6n formada de un carbonato doble de calcio y de magnesio, en unas condiciones tales que el contenido residual de la masa en CaO sea inferior a 5% y el mismo en MgCO3 sea inferior a 10%. El tamafo de las particulas de la dolomia semicalcinada utilizada es preferentemente inferior o igual a 5 mm. Este compuesto se mezcla con el lodo antes, simultaneamente o despues del floculante.
Esta claro que tal compuesto puede contener, segun su origen mineral, algunas impurezas, tales como por ejemplo la silice o la alumina.
Cuando el valor de x en la f6rmula dada anteriormente es inferior a 0,45, se encuentra delante de un producto que no se puede obtener a partir de un carbonato doble de calcio y de magnesio de origen natural. Cuando el valor de x es superior a 0,75, el componente calcareo del compuesto calcaro magnesiano se vuelve demasiado importante, no permite mas una subida de pH suficiente y sobre todo impide cualquier ganancia satisfactoria en sequedad de los lodos deshidratados.
En caso de utilizaci6n de dolomia semicalcinada no hidratada, este agente basico presenta por otra parte, ademas de ser una adici6n de materia seca y de ayudar a la floculaci6n y a la filtrabilidad de los lodos, la ventaja de causar una desecaci6n parcial de los lodos por reacci6n del componente MgO con el agua.
La adici6n del compuesto calcaro magnesiano al lodo segun la invenci6n permite no s6lo alargar muy significativamente el tiempo de contacto del agente basico con el floculante sin desvirtuarlo, sino tambien, de manera inesperada, alcanzar rendimientos de sequedad muy superiores a los obtenidos por las soluciones actualmente conocidas, por afadidura con un compuesto que no requiere ninguna operaci6n de aglomeraci6n o de separaci6n de finos. El tamafo de los granos de la dolomia semicalcinada no es en ninguna manera critico en el procedimiento segun la invenci6n.
Segun una forma preferida de realizaci6n de la invenci6n, el procedimiento incluye, despues de dicha separaci6n, una incineraci6n de los lodos deshidratados.
Otros modos de realizaci6n del procedimiento segun la invenci6n se indican en las reivindicaciones anexadas.
La presente invenci6n se refiere tambien a una utilizaci6n de un compuesto calcaro magnesiano que responde a la f6rmula
en la cual
x e y son fracciones molares,
0,45 : x : 0,75, y
0 : y : 1,
para el tratamiento y la deshidrataci6n de lodos que presentan un pH igual o inferior a 8.
La invenci6n se refiere tambien a lodos deshidratados, que incluyen un contenido en compuesto calcaro magnesiano que responde a la f6rmula:
xCaCO3.(1-x)[yMg(OH)2�+�(1-y)MgO],
en la cual x e y son fracciones molares, 0,45 : x : 0,75, y 0 : y : 1, y que presenta un pH superior a 8 e igual o inferior a 10. Estos lodos incluyen ventajosamente al menos un 15% en peso del compuesto calcaro magnesiano con respecto a la materia seca del lodo antes de la deshidrataci6n.
La invenci6n se va ahora a explicar de manera mas detallada con la ayuda de los ejemplos no limitativos dados en a continuaci6n.
Se trat6 una muestra de lodo espesado que presentaba un contenido en materia seca de aproximadamente 3% en peso con tres reactivos diferentes, a saber dos compuestos calcicos una cal viva con separaci6n de finos por tamizado a 100 Im y una cal viva sobrecocida y una dolomia semicalcinada (d50 = 25 30 Im), segun la presente invenci6n. El mismo modo operativo se sigui6 en los tres casos.
Se introduce en un recipiente de un litro una cantidad de lodo espesado que corresponde a 5 g de materia seca. A esta muestra, se afaden 1,5 g de aditivo; la mezcla se agita entonces por medio de una barra magnetica y se registra el pH de la soluci6n cada 5 segundos. La evoluci6n del pH en cada uno de los casos aparece a la Figura.
La Figura anexa es un grafico que representa la evoluci6n del pH en funci6n del tiempo durante el acondicionamiento de los lodos por:
una cal viva con separaci6n de finos (curva A)
una cal viva recocida (curva B)
una dolomia semicalcinada segun la invenci6n (curva C).
Se constata que solamente la utilizaci6n de la dolomia semicalcinada, segun la invenci6n, no eleva el pH a un valor superior a 9,5 mas alla de 5 minutos. Este valor de pH se mantiene constante durante al menos Y hora, lo que autoriza un espacio de tiempo importante entre la adici6n del reactivo y la operaci6n de deshidrataci6n.
Ejemplo2
Filtraci6n de un lodo acondicionado por medio de un floculante organico cati6nico usual y de dolomia semicalcinada segun la invenci6n.
Se introduce en un recipiente de un litro un lodo espesado, que presenta una materia seca de 3%, en cantidad que corresponde a 5 g de materia seca. Esta muestra de lodo se trata entonces segun el procedimiento siguiente.
Acondicionamiento
Segun la invenci6n, se afade sucesivamente al lodo una cantidad de dolomia semicalcinada, que corresponde a 45% de la materia seca presente en la muestra de lodo y 10 ml de soluci6n acuosa de floculante, a 5 g/l de materia activa. La mezcla se agita entonces durante 10 segundos a una velocidad de 200 revoluciones por minuto por medio de un floculador de laboratorio.
Filtraci6n
El lodo asi acondicionado se filtra a continuaci6n sobre un filtro tipo BOchner cuya parte filtrante se cubre de una tela de filtraci6n de poliester (tipo NORDIFA Lainyl M14/CH/5 Fi).
Se deja entonces el lodo escurrirse durante 1 minuto. Se aplica a continuaci6n, sobre el lodo escurrido, sucesivamente una presi6n de 1, 2, 3 y 4 bares por medio de un pist6n, cada nivel de presi6n durante un minuto. Se obtiene una torta de un grosor de 3 a 5 mm. La parte central de esta se extrae con el fin de determinar su contenido en materia seca, lo que representa 25,3%.
Con el fin de poder evaluar la influencia de la adici6n de dolomia semicalcinada segun la invenci6n sobre el contenido en materia seca de la torta de filtraci6n, en un segundo ensayo se flocul6 el mismo lodo espesado y luego se filtr6 segun el protocolo descrito mas arriba, pero esta vez sin la adici6n de dolomia semicalcinada. Se obtuvo una torta de lodo que presentaba un contenido en materia seca del 16,4%.
Si el efecto de la dolomia calcinada se limitaba a la aportaci6n de materia seca al lodo, sin efecto complementario sobre la sequedad, el contenido calculado en materia seca de la torta de lodo S2cal en presencia de dolomia semicalcinada se obtendria al principio del contenido en materia seca de la torta de lodo sin adici6n de dolomia S1, por medio de la f6rmula dada anteriormente.
En este ejemplo,
16,4 x (100 + 45)S2cal
=
o sea 22,1%. Por otra parte, el contenido efectivo de la torta de lodo con dolomia semicalcinada S2eff es del 25,3%. La diferencia entre S2eff y S2cal, en referencia a S2cal, pone de manifiesto que la adici6n de dolomia semicalcinada segun la invenci6n permite obtener un aumento relativo de la sequedad de 14,3%, lo que testifica un efecto adicional inesperado de la dolomia semicalcinada sobre la sequedad de la torta.
A titulo de comparaci6n se ha utilizado la caliza para sustituir a la dolomia semicalcinada segun la invenci6n en las mismas condiciones operativas y el contenido en materia seca S2eff obtenido fue del 22,7%. Si se compara este valor con S2cal, la diferencia es del orden de magnitud del error experimental y no se puede por lo tanto concluir una ganancia de sequedad durante el uso de caliza.
Se puede por otro lado afadir que la caliza no es un agente basico y que, durante su adici6n, el pH de los lodos no aumenta y permanece en el presente ejemplo de aproximadamente 7,35.
Ejemplo3
Un lodo de estaci6n de depuraci6n urbana despues de la decantaci6n primaria tiene un contenido en materia seca de aproximadamente 3% en peso. Este lodo, despues de la floculaci6n con un floculante cati6nico, del tipo poliacrilamida, y de la deshidrataci6n sobre filtro prensa secador, presenta un contenido en materia seca o sequedad despues del tratamiento de 64% en peso.
El mismo lodo, tratado en condiciones identicas con adici6n de 25% en peso de dolomia semicalcinada (con respecto a la materia seca del lodo) despues de la deshidrataci6n sobre filtro prensa secador, presenta una sequedad del 80% en peso.
Finalmente, el lodo se flocula en las mismas condiciones que las descritas mas arriba, pero en presencia de 25% en 5 peso de dolomia semicalcinada, antes de la deshidrataci6n. Este lodo, despues de la deshidrataci6n sobre filtro prensa secador, alcanza una sequedad del 97% en peso.
Se constata por lo tanto que, de manera inesperada, la adici6n del compuesto calcaro magnesiano segun la invenci6n mejora muy claramente los rendimientos en sequedad de los lodos tratados con respecto a una simple adici6n de floculante. Por otra parte, la misma cantidad de dolomia semicalcinada, afadida antes de la
10 deshidrataci6n en presencia de floculante, consigue una mejora muy significativa de la tasa de sequedad con respecto a la adici6n posterior a la deshidrataci6n. Se debe tambien sefalar que la etapa de mezcla de los reactivos/floculaci6n del lodo puede alcanzar, en el caso presente, hasta una hora y media, lo que se excluye durante la utilizaci6n de cal, e incluso de reactivos calcicos tratados para ralentizar el aumento del pH como los utilizados mas arriba.
15 La co adici6n de dolomia semicalcinada segun la invenci6n y de un componente organico que flocula antes de la deshidrataci6n del lodo presenta no s6lo la ventaja de mejorar la sequedad con respecto al procedimiento de adici6n despues de la deshidrataci6n, con las mismas cantidades de dolomia, sino que simplifica tambien la conducta del procedimiento. En efecto, la mezcla de los dos aditivos (floculando y reactivo) se puede realizar en una unica etapa, mientras que la operaci6n de adici6n despues de la deshidrataci6n requiere una segunda etapa de mezcla que,
20 ademas, es mas dificil de realizar, teniendo en cuenta el contenido reducido en agua despues de la deshidrataci6n.
Se debera entender que la presente invenci6n no esta de ninguna manera limitada a los modos de realizaci6n descritos mas arriba y que se pueden introducir en la misma muchas modificaciones sin salir del marco de las reivindicaciones anexadas.
Claims (11)
- REIVINDICACIONES1. Procedimiento de deshidrataci6n de lodos, que comprende: una adici6n de un agente basico a lodos que presentan un pH igual o inferior a 8, una adici6n a los lodos de al menos un componente organico floculante, por la adici6n del agente basico antedicho, un aumento de pH de los lodos hasta un valor inferior a un pH apartir del cual tiene lugar una degradaci6n de dicho al menos un componente organico, una floculaci6n de los lodos, y una separaci6n en los lodos floculados entre lodos deshidratados y una fase liquida,caracterizado porque el agente basico antedicho es un compuesto calcaro magnesiano que responde a la f6rmula:xCaCO3.(1-x)[yMg(OH)2�+�(1-y)MgO],en la cual x e y son fracciones molares, 0,45 : x : 0,75, y0 : y : 1,y porque los lodos tratados presentan, hasta despues de dicha separaci6n, dicho valor inferior a un pH a partir del cual tiene lugar una degradaci6n de dicho al menos un componente organico.
-
- 2.
- Procedimiento segun la reivindicaci6n 1, caracterizado porque el compuesto calcaro magnesiano es una dolomia semicalcinada, que incluye un componente MgO, eventualmente parcial o totalmente en forma de Mg(OH)2.
-
- 3.
- Procedimiento segun una u otra de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque comprende dicho aumento de pH hasta un valor como maximo igual a 10.
-
- 4.
- Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la adici6n del compuesto calcaro magnesiano tiene lugar previamente, simultaneamente y/o despues de la adici6n de dicho al menos un componente organico floculante.
-
- 5.
- Procedimiento segun la reivindicaci6n 4, caracterizado porque la adici6n del compuesto calcaro magnesiano tiene lugar antes de la etapa de separaci6n antedicha.
-
- 6.
- Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque comprende, despues de dicha separaci6n, una incineraci6n de los lodos deshidratados.
-
- 7.
- Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque, en el caso de los lodos acidos, comprende, por otro lado, una neutralizaci6n previa de estos lodos acidos de modo que presenten un pH de al menos 6.
-
- 8.
- Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7, caracterizado porque la dolomia semicalcinada es procedente de una cocci6n de carbonato doble de calcio y de magnesio en condiciones tales que contenga un contenido en CaO inferior a 5% en peso y un contenido en MgCO3 inferior a 10% en peso.
-
- 9.
- Utilizaci6n de un compuesto calcaromagnesiano que responde a la f6rmula xCaCO3.(1x)[yMg(OH)2 +(1y)MgO], en la cual x e y son fracciones molares, 0,45 : x : 0,75, y 0 : y : 1, para el tratamiento y la deshidrataci6n de lodos que presentan un pH igual o inferior a 8.
-
- 10.
- Lodos deshidratados, que incluye un contenido en compuesto calcaro magnesiano que responde a la f6rmula xCaCO3.(1 x)[yMg(OH)2 + (1 y)MgO], en la cual x e y son fracciones molares, 0,45 : x : 0,75, y 0 : y : 1, y que presenta un pH superior a 8 e igual o inferior a 10.
-
- 11.
- Lodos deshidratados segun la reivindicaci6n 10, que incluyen al menos un 15% en peso del compuesto calcaro magnesiano con respecto a la materia seca del lodo antes de la deshidrataci6n.
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