2 DESCRIPCIÓN MÉTODO DE PRETRATAMIENTO BIOLÓGICO PARA PROCESOS DE HIDRÓLISIS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se engloba en el campo de los procesos industriales basados en 5 el tratamiento mediante hidrólisis de materia orgánica, como la contenida en residuos urbanos e industriales (aguas residuales, vertederos), del tipo fangos de una depuradora, o agrícolas, y más concretamente aún se centra en el pretatamiento biológico de la materia orgánica biodegradable que se trata mediante hidrólisis, como son los fangos o lodos de depuración. Se incluyen también los procesos anaerobios de 10 los que la hidrólisis forma parte, que pueden ser también de manera muy diversa: digestión anaerobia, sistemas anaerobios de membrana, celdas electroquímicas anaerobias, reactores anaerobios de flujos ascendente (denominados abreviadamente UASB, del inglés Upflow Anaerobic Sludge Blanket) o similares. 15 ESTADO DE LA TÉCNICA La hidrólisis constituye el paso limitante en los procesos de biodegradación anaeróbica. Al ser la fase de menor velocidad de reacción, limita el rendimiento en términos de producción de biogás y reducción del volumen de lodos. Por ello, en las últimas décadas ha existido un creciente interés en desarrollar métodos para su aceleración, centrados 20 principalmente en el tratamiento previo de la materia biológica a hidrolizar, a modo de preparación. Cuatro categorías principales de tecnologías de pretratamiento han sido desarrolladas para acelerar la hidrólisis: pretratamientos térmicos, mecánicos, químicos y biológicos. Todas estas tecnologías tienen la ventaja de reducir el tiempo de digestión anaerobia y el volumen de fangos final, así como de aumentar la producción de biogás. 25 Sin embargo, las tecnologías actuales de pretratamiento se caracterizan por un alto consumo energético, lo que pone en cuestión las ventajas obtenidas de su aplicación (ahorro en el coste de transporte y eliminación de fangos; Roxburgh et al., 2006). Las opciones de mejora de la digestión anaerobia son diversas y requieren de un 30 estudio previo a su implantación, ya que son varios los factores a considerar, como las características del producto a tratar (lodos), de la instalación y de las condiciones operativas (Rossle y Pretorius, 1996). Los pretratamientos térmicos (principalmente aplicación de una fase térmica en la 35
3 digestión anaerobia) normalmente requieren una importante cantidad de energía térmica con el fin de obtener una mejora significativa del proceso (Carrère et al., 2010); la producción mejorada de biogás proporciona la energía térmica necesaria para compensar los requerimientos térmicos del propio sistema de pretratamiento (Bougrier et al., 2006). Por tanto, la principal ventaja de estos sistemas se limita a una cierta 5 reducción en la biomasa de lodos, pero no a una reducción de consumo energético porque en realidad el aporte de energía externa que requieren los propios sistemas de digestión anaerobia queda anulada por la energía producida en el proceso. Por su parte, los pretratamientos mecánicos (principalmente pretratamientos 10 ultrasónicos y esfuerzos cortantes) requieren un incremento en la adición de energía eléctrica, con un consumo de aproximadamente 0,3 KWh por kg de sólido volátil (VS) eliminado. Teniendo en cuenta que el rendimiento eléctrico del biogás es del 30%, el incremento de la producción de biogás gracias al pretratamiento no compensa el aumento de la demanda de energía eléctrica en la mayoría de los casos, lo que hace 15 que el balance energético sea negativo (Boehler et al., 2006). Los pretratamientos químicos son aquellos donde se añaden agentes químicos. A pesar de que mediante su empleo se obtienen altos rendimientos, pueden presentar algunos inconvenientes como la introducción de compuestos químicos en la corriente residual y 20 el aumento de costes en adquisición y manipulación de reactivos. Dentro de estos procesos se incluyen principalmente la hidrólisis termoquímica (Tanaka et al., 1997; Rocher et al., 1999), y los procesos de oxidación avanzada con ozono o peróxido de hidrógeno (Sakai et al., 1997; Huysmans et al., 2001). 25 Los pretratamientos biológicos, que constituyen el estado de la técnica en el que se enmarca la presente invención, consisten en la adición de determinadas cepas de bacterias o de enzimas hidrolíticas al lodo (Knapp and Howell, 1978). De esta manera, se acelera la desintegración y solubilización (hidrólisis) de la materia particulada. A pesar de que no incurren en altos consumos energéticos, la producción de enzimas o de 30 determinadas cepas de bacterias es costosa y operacionalmente muy compleja, lo que puede encarecer considerablemente el proceso. Existe un número considerable de documentos de patente enfocados a la hidrólisis enzimática de residuos con celulosa y lignocelulosa, debido a la dificultad para procesar estos componentes de forma anaeróbica. Estos documentos están particularmente dirigidos al desarrollo de 35
4 pretratamientos biológicos para la producción posterior de biocombustibles mediante fermentación de los sustratos procedentes del pretratamiento. En general, estos pretratamientos se basan en la adición de enzimas externas (ajenas) al material a biodegradar (EP2559768 A1, EP2076594 B1) o en una combinación de adición de enzimas y de bacterias producidas en el propio proceso (WO2010055495). En definitiva, 5 estos pretratamientos presentan costes adicionales porque se sustentan en la adición externa de enzimas, y se ha constatado que no emplean las propias bacterias producidas en el pretratamiento para mejorar el proceso posterior al que se somete el material a biodegradar. Es decir, no hay una sinergia del pretratamiento con un proceso posterior, que es la base de la presente invención. 10 Por otro lado, existe también un número considerable de documentos de patente en el área de tratamientos biológicos de residuos sólidos para vertederos. En estos tratamientos, generalmente se separan diferentes fracciones (líquida y sólida) de los residuos; la parte líquida generalmente es sometida a hidrólisis y procesos anaerobios 15 mientras que la sólida pasa a compostaje (tratamiento aerobio). Un ejemplo de este tipo de documentos son las patentes US 7,985,577 B2 y US 7,015,028 B2. En estos tratamientos tampoco se ha constatado una sinergia entre el pretratamiento y el proceso posterior; la parte líquida hidrolizada no es en realidad empleada para mejorar el rendimiento global del proceso (o, en este caso, del tratamiento anaerobio de sólidos). 20 Se han encontrado pocos ejemplos en los que se emplee un pretratamiento biológico basado en el enriquecimiento de un cultivo de bacterias hidrolíticas para mejorar el rendimiento de procesos anaerobios. En estudios previos, un reactor anaerobio a escala laboratorio se enriqueció con bacterias hidrolíticas cultivadas externamente en un caldo 25 rico de nutrientes (Yu et al. 2013). El experimento llevado a cabo mostró que la adición al digestor anaerobio de un cultivo de bacterias enriquecido en el exterior mejoró la solubilidad de la materia orgánica en un 78% y la producción de ácidos grasos volátiles en un 130% durante el proceso anaerobio, produciéndose un incremento del biogás de un 23%. Se demostró que las enzimas que juegan un papel más significativo en la 30 bioaumentación (incremento de la actividad biológica de descomposición de la materia orgánica) del digestor eran las hidrolasas, amilasas y proteasas. A pesar de los logros de este enfoque, los caldos ricos en nutrientes como el utilizado por Yu et al. (2013) son costosos y por lo tanto no aplicables a escala industrial, ya que haría el proceso económicamente inviable. 35
5 También se ha encontrado una solicitud de patente internacional, WO 2009135967, en la que se lleva a cabo un pretratamiento biológico empleando bacterias procedentes de un proceso aerobio de compostaje (proceso de tratamiento de sólidos). El cultivo es extraído y añadido en un proceso de digestión anaerobia para acelerar la hidrólisis, mejorando el rendimiento. La limitación de este pretratamiento es que emplea sólidos 5 procedentes de un sistema de tratamiento aerobio, siendo entonces dos procesos no integrados. Esto implica, por un lado, la necesidad de añadir instalaciones adicionales para el tratamiento aerobio de los sólidos (con el consiguiente coste de capital). Por otro lado, los tratamientos aerobios implican un alto coste de operación y por tanto, el resultado final es un coste energético mayor que el que se conseguiría con otros 10 pretratamientos (como el de la presente invención). Teniendo en cuenta las limitaciones anteriormente comentadas detectadas en el campo técnico, se propone en la presente invención un pretratamiento biológico basado en la sinergia y la auto-producción biológica para preparar la materia orgánica susceptible de 15 ser hidrolizada. El cultivo de organismos que producen enzimas hidrolíticas y que se generan en el pretratamiento crecen en la propia corriente acuosa concentrada de materia orgánica que se va a hidrolizar, porque están presentes en dicha corriente dentro de un grupo heterogéneo de organismos que acompañan a la materia orgánica y que son susceptibles de crecer en ella como sustrato, de tal forma que no es necesario 20 una aportación externa de los mismos, y son los más adecuados para mejorar el rendimiento del proceso posterior. Además, no se producen gastos energéticos adicionales relevantes ni se incrementan los costes en cultivos ni nutrientes, porque se emplean corrientes acuosas concentradas de materia orgánica extraídas del propio proceso industrial en el que se integra la fase de pretratamiento, y por tanto supera la 25 limitación de experimentos como el de Yu et al. (2013), ya que no hace falta proveer de caldos ricos en nutrientes al proceso. El presente método de pretratamiento biológico se caracteriza por requerir únicamente ligeras variaciones en la instalación de procesamiento anaeróbico donde se integra, y por conseguir el tratamiento anaerobio integral de los residuos, incrementando su rendimiento mediante reducción de nuevos 30 residuos e incrementando la valorización energética; por tanto, tanto los costes capitales como de operación son los mínimos posibles. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Boehler, M., & Siegrist, H. (2006). Potential of activated sludge disintegration. Water 35
6 Science and Technology, 53. 207-216. Bougrier, C., Albasi, C., Delgenes, J.P., & Carrere H. (2006). Effect of ultrasonic, thermal and ozone pre-treatments on waste activated sludge solubilisation and anaerobic biodegradability. Chemical Engineering and Processing, 45(8). 711-718 Carrère, H., Dumas, C., Battimelli, A., Batstone, D.J., Delgenès, J.P. et al. (2010). 5 Pretreatment methods to improve sludge anaerobic degradability: A review. Progress in Energy and Combustion Science: Elsevier. 1-15. Choate, C. E. (2011, July 26). Patente US 9,985,577: Systems and processes for treatment of organic waste materials with a biomixer. Choate, C. E., Sherman, P. A., & Zhang, R. (2006, March 21). Patente US 7,015,028: 10 Process for treatment of organic waste materials. Hill, C., Scott, B. R., & Tomashek, J. (2008, March 6). Patente EP 2076594 B1: Process for enzymatic hydrolysis of pretreated lignocellulosic feedstocks. Huysmans, G.T.A., Sharapov S.E., Mikhailovskii, A.B., & Kerner, W. (2001). Modeling of diamagnetic stabilization of ideal magneto hydrodynamic instabilities associated 15 with the transport barrier. American Institute of Physics. Knapp, J.S. & Howell, J.A. (1978) Treatment of primary sewage sludge with enzymes. Biotechnol. Bioeng, 20. 1221-1234. Morag, E. (2010, November 25). Solicitud de patente internacional WO 2010/055495 A3: Methods and compositions for enhanced bacterial hydrolysis of cellulosic 20 feedstocks. Romero, R. (2013, February 20). Solicitud de patente EP 2559768 A1: Enzymatic hydrolysis pretreatment of lignocellulosic materials. Rössle, W.H. & Pretorius, W.A. (2001). A review of characterisation requirements for in-line prefermenters. Paper 2: Process characterisation. Water SA, 27(3). 413-422. 25 Roxburgh, R., Sieger, R., Johnson, B. R., Rabinowitz, B., Goodwin, S., Crawford, G. V., Daigger, G.T. (2006) Sludge Minimization Technologies- Doing More To Get Less. Proceedings of the 79th WEF Conference and Exhibition. Dallas, Texas, USA. Sakai, J., Nohturfft, A., Cheng, D., Ho, Y.K., Brown, M.S., and Goldstein, J.L. (1997). 30 Identification of complexes between the COOH-terminal domains of sterol regulatory element binding proteins (SREBPs) and SREBP cleavage-activating protein (SCAP). J. Biol. Chem. 272. 20213–20221. Sales, M. D., Romero, G. L. I., Álvarez, G. C. J., & Fernández, G. L. A. (2009, November 12). Solicitud de patente internacional WO 2009/135967 A1: Pretratamiento 35
7 biológico de residuos sólidos orgánicos. Tanaka, T., Manome, Y., Wen, P., Kufe, D. W. & Fine, H. A. (1997) Viral vector-mediated transduction of a modified platelet factor 4 cDNA inhibits angiogenesis and tumor growth. Nat. Med, 3. 437-442 Yu, S., Zhang, G., Li, J, Zhao, Z. & Kang, X.( 2013). Effect of endogenous hydrolytic 5 enzymes pretreatment on the anaerobic digestion of sludge. Bioresource Technology: Elsevier. 758-761. DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA INVENCIÓN El primer objeto de la presente invención está constituido por un método de 10 pretratamiento biológico de materia orgánica biodegradable susceptible de ser sometida a un proceso de hidrólisis, que comprende: - someter una corriente acuosa que contiene la materia orgánica en una concentración entre 0,1 y 100 g/L (del volumen total de corriente) a cultivo de organismos generadores de enzimas hidrolíticas presentes en dicha corriente, 15 en agitación y sin aporte externo de nutrientes, siendo la materia orgánica el propio sustrato a partir del cual se cultivan los organismos para su enriquecimiento en la corriente acuosa, y - someter la corriente acuosa enriquecida a un proceso biológico de hidrólisis en una etapa posterior al pretratamiento. 20 La invención ofrece así un nuevo pretratamiento de aplicabilidad en continuo o en discontinuo en procesos de hidrólisis o en cualquier proceso más amplio del que la reacción de hidrólisis forme parte, como es la digestión anaerobia (y más concretamente la digestión anaerobia de fangos o lodos primarios en una planta depuradora), de bajo 25 coste y basado en el cultivo y enriquecimiento de los propios organismos hidrolíticos presentes en la corriente empleando la propia materia orgánica como sustrato, para la posterior bioaumentación del proceso de hidrólisis al que se somete dicha materia orgánica gracias a las enzimas hidrolíticas producidas por dichos organismos enriquecidos. El pretratamiento de la materia orgánica está diseñado para optimizar las 30 condiciones de crecimiento de los organismos que generan enzimas hidrolíticas (también llamados aquí organismos hidrolíticos), que son los que posteriormente van a acelerar la propia reacción de hidrólisis a la que se somete la biomasa pretratada (enriquecida). Adicionalmente, debe tenerse en cuenta que el sustrato para el crecimiento de los organismos hidrolíticos es la propia materia orgánica contenida en la 35
8 corriente acuosa que va a ser sometida posteriormente a hidrólisis, y no depende por tanto de aportaciones de nutrientes extra. La materia orgánica forma parte de una corriente acuosa (que en definitiva es un residuo) que siempre contiene humedad, cuya fase acuosa permite el crecimiento de los organismos, procedente de un proceso industrial que está asociado al de la propia fase de hidrólisis, bien porque está 5 relacionado con ella o porque está físicamente próximo a la misma, de tal forma que este método de pretratamiento no es externo sino que se puede integrar en el proceso en el que se va a tratar la biomasa (mediante hidrólisis) para reducir residuos o producir biogás y/o el propio proceso que origina la corriente acuosa de materia orgánica. De este modo, frente a otros pretratamientos biológicos conocidos, es posible integrar el de 10 la presente invención en la propia línea de producción y tratamiento de la materia orgánica. De manera general, debe entenderse en el marco de la presente invención que la corriente acuosa que contiene la materia orgánica es originada en un proceso biológico 15 de degradación, espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía. Así, la materia orgánica está presente en forma concentrada en la corriente acuosa (concentración comprendida entre 0,1 y 100 g/L), dicha corriente conteniendo a su vez biomasa en forma de cultivo heterogéneo de organismos (bacterias, etc.) y nutrientes. De esta definición se desprende que la corriente de materia orgánica sometida a 20 pretratamiento en el método aquí descrito es preferentemente el residuo de un proceso industrial, ya sea un residuo final del proceso o un residuo intermedio que todavía puede ser potencialmente tratado (como es el caso de los fangos o lodos procedentes de la decantación primaria en una planta depuradora). 25 Los impactos positivos en el campo técnico del pretratamiento descrito son los siguientes: - reducción del volumen de residuos (como son fangos) generados en el proceso biológico de hidrólisis (por ejemplo, anaerobio) en el que se aplica el pretratamiento en cuestión y, por tanto, de los costes de transporte y disposición 30 del mismo; - aumento del volumen de biogás generado en el proceso de hidrólisis bioaumentado con el pretratamiento y, por tanto, de la cantidad de energía recuperable del sistema; - mejora del balance de energía y sostenibilidad del proceso bioaumentado por el 35
9 pretratamiento, que se debe al bajo consumo energético del mismo y a sus potenciales efectos en la mejora de la producción de energía de los procesos bioaumentados; - mejora de la velocidad del proceso bioaumentado por el pretatamiento, lo que favorece la construcción de reactores más reducidos para los procesos 5 bioaumentados y, por tanto, una reducción en los costes de capital de los mismos. En definitiva, la mejora en el rendimiento del proceso de hidrólisis gracias al pretratamiento previo se puede traducir en una disminución en la producción de 10 residuos, un aumento en la cinética de eliminación de materia orgánica, un aumento en la solubilización de materia orgánica particulada o un aumento en la producción de biogás y, por tanto, en el rendimiento del proceso de hidrólisis. De lo anteriormente descrito, y dado que pretratamiento y proceso de hidrólisis de la 15 materia orgánica van íntimamente ligados en el método objeto de patente, debe entenderse que la presente invención engloba asimismo un proceso industrial en el que se genera y se trata la corriente acuosa que contiene la materia orgánica en una concentración comprendida entre 0,1 y 100 g/L, que comprende el pretratamiento biológico de la materia orgánica a hidrolizar mediante el método anteriormente descrito 20 de cultivo de organismos hidrolíticos en agitación y sin aporte externo de nutrientes y siendo la materia orgánica el propio sustrato a partir del cual se cultivan dichos organismos para su enriquecimiento en la corriente acuosa antes de dirigir y someter la corriente enriquecida a la etapa de hidrólisis, y donde dicha etapa de hidrólisis es la propia fase de tratamiento de la materia orgánica en el proceso industrial. De acuerdo 25 con esta descripción, debe entenderse que el proceso industrial objeto de protección se caracteriza por que comprende el método de pretratamiento biológico de la corriente acuosa integrado entre la fase en la que se genera dicha corriente y la fase en la que se trata la misma. 30 Otro objeto de la presente invención lo constituye una instalación para el pretratamiento biológico de materia orgánica susceptible de ser sometida a hidrólisis según se define anteriormente, acoplable a una instalación industrial en la que se genera y trata dicha corriente de materia orgánica, y que comprende: - un reactor (1) de pretratamiento biológico, cuya configuración varía en función de 35
10 la temperatura a la que se cultiven los organismos hidrolíticos en la corriente acuosa dentro del mismo y cuyo tamaño se define en función del caudal de entrada de la corriente y del tiempo de retención hidráulico de la misma, que incluye: o medios de calefacción (2) para seleccionar los organismos hidrolíticos a 5 crecer y favorecer su cultivo; o medios de agitación (3), para asegurar que el contenido del reactor (1) esta adecuadamente mezclado durante la etapa de cultivo; - medios de bombeo (4), como por ejemplo una bomba dosificadora, ubicados a la salida (5) del reactor (1) de pretratamiento, que dirigen la corriente enriquecida 10 en la etapa de pretratamiento a un dispositivo (6) en el que se lleva a cabo el proceso de hidrólisis posterior de la segunda etapa, y que fija el tiempo de retención hidráulica de la biomasa en el reactor (1). Esta instalación es compacta y sencilla, de tal forma que no requiere complejos 15 dispositivos para hacer crecer organismos hidrolíticos en la biomasa a hidrolizar, ni tampoco ofrece grandes complicaciones para integrarse en la línea de generación y tratamiento de corrientes acuosas con materia orgánica en una planta industrial. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN 20 Existen dos variantes preferidas del método de pretratamiento biológico esencial anteriormente definido: en una realización particular, puede someterse a pretratamiento el total de la corriente acuosa de materia orgánica que va a ser posteriormente tratada mediante hidrólisis. 25 En una segunda realización particular, de la corriente total a hidrolizar puede ser previamente extraída sólo una parte o alícuota de la misma para ser pretratada siguiendo el método descrito y, una vez enriquecida en organismos generadores de enzimas hidrolíticas, dicha fracción se adiciona de nuevo al resto de la corriente a hidrolizar. En este caso, la alícuota o fracción enriquecida en organismos hidrolíticos y 30 las enzimas que estos producen sirven como “catalizador” o “acelerador” en el proceso posterior de hidrólisis, extendiéndose al total de materia orgánica contenida en la corriente acuosa. En un caso preferido, la alícuota o fracción de la corriente que se desvía y se somete a cultivo de organismos hidrolíticos representa entre el 10% y el 20% del volumen total a hidrolizar (de la corriente acuosa de materia orgánica), de tal 35
11 forma que esta cantidad es suficiente para incrementar la velocidad de hidrólisis y mejorar el rendimiento del proceso para toda la corriente. En una realización particular, el volumen total de corriente a hidrolizar en la segunda etapa corresponde al volumen total de la corriente acuosa de la que se extrae la alícuota; por tanto, dicha fracción representa el 10%-20% del volumen total de la corriente acuosa inicial que contiene la 5 materia orgánica. Pero también es posible mezclar dicha corriente acuosa con otra u otras similares en la etapa de hidrólisis, por ejemplo en procesos industriales en los que se produce más de una corriente de residuos acuosos (fangos primarios y secundarios de una depuradora); en estos casos, el volumen de corriente total a hidrolizar está representado por la suma de los volúmenes de las diferentes corrientes que se mezclan, 10 y es el valor de partida que se toma como referencia para calcular el 10%-20% en volumen de la alícuota. Si bien la corriente acuosa contiene materia orgánica en una concentración comprendida entre 0,1 y 100 g/L del volumen total, dicha concentración está 15 preferiblemente comprendida entre 10 y 100 g/L. Preferentemente, la corriente de materia orgánica a pretratar biológicamente es un residuo húmedo (acuoso) que se genera en el propio proceso industrial en el que se trata la corriente mediante hidrólisis, es decir, es a la vez un proceso de producción del 20 residuo y de tratamiento del mismo antes de su desecho/reutilización por hidrólisis. En general, el pretratamiento descrito es aplicable a cualquier industria que genere un residuo orgánico que sea tratado en la propia industria: industria papelera (generación de residuos celulósicos con posterior tratamiento), industria alimenticia (conservas, mataderos, destilerías, etc.) con tratamiento de los fangos y demás residuos de 25 producción. También es posible acoplar el pretratamiento a la industria productora de biocombustible en la que se trate in situ los residuos de los materiales que se empleen para generar el biocombustible. Otro caso aplicable es el de vertederos en los que se lleve a cabo tratamiento de todos o parte de los residuos sólidos, o incluso en el tratamiento in situ de suelos contaminados mediante biorremediación. En todos estos 30 casos, el pretratamiento constituye un paso intermedio entre una etapa anterior en la que se produce el residuo acuoso que contiene la materia orgánica a hidrolizar y la etapa de hidrólisis en la que dicho residuo es tratado. Éste es el caso más preferido, por cuanto no se necesitan instalaciones adicionales ni fases o procesos intermedios: simplemente se integra el método de pretratamiento en el proceso global del que la 35
12 hidrólisis de la materia orgánica forma parte, de tal forma que se desvía toda o parte de la corriente acuosa generada como residuo en el proceso industrial a la etapa de pretratamiento biológico para el cultivo de los organismos hidrolíticos, previo al proceso de tratamiento mediante hidrólisis de la materia orgánica. Por ejemplo, si se aplica el pretratamiento biológico a un proceso de tratamiento de aguas residuales que tiene 5 lugar en una depuradora, se emplean los fangos o lodos generados en la etapa de decantación primaria como corriente de materia orgánica concentrada que se pretrata y, posteriormente, se someten dichos fangos a hidrólisis en el tratamiento secundario de digestión anaeróbica junto al resto de fangos primarios (si procede) y los fangos secundarios, como es habitual en la depuración de aguas. En estos casos, el proceso 10 de depuración de agua comprende a) una etapa de decantación primaria, b) la etapa de pretratamiento biológico de todos o parte de los fangos producidos en dicha decantación primaria y c) una etapa de digestión anaerobia de los fangos, tanto los primarios con los fangos secundarios generados en una etapa secundaria, que es donde se añade/aplica la corriente de fangos enriquecida con el pretratamiento. En esta realización, es 15 importante destacar que el enriquecimiento de los organismos hidrolíticos por pretratamiento de una fracción de los fangos primarios permite realizar el proceso en continuo o en discontinuo y resulta en una mejora global del proceso de hidrólisis de fangos en el que se integra; es decir, existe una sinergia entre el pretratamiento y el proceso posterior de hidrólisis (que forma parte del proceso global de depuración de 20 aguas), aumentando así el rendimiento a nivel general. Así, si el pretratamiento se encuentra integrado en la línea de fangos de un proceso de tratamiento de aguas residuales en una planta depuradora, entonces el proceso en cuestión comprende preferentemente al menos las siguientes etapas esenciales: 25 - desviar toda la corriente o una fracción de fangos primarios generados en una primera fase de decantación del agua de entrada a la planta depuradora y dirigir dicha corriente o fracción para cultivar y enriquecer los organismos hidrolíticos; - someter la corriente o fracción de fangos primarios desviada a cultivo de los organismos hidrolíticos presentes en dichos fangos, en agitación y sin aporte 30 externo de nutrientes, y - bombear la corriente o fracción de fangos primarios enriquecidos en organismos hidrolíticos a un proceso de digestión anaerobia de una mezcla formada por los fangos primarios y los fangos secundarios generados en una segunda fase de tratamiento del agua. 35
13 De esta descripción, así como de lo indicado anteriormente, se desprende que existen dos realizaciones particulares. En una primera realización del método se desvía de la corriente general de fangos de la depuradora todo el volumen de los fangos primarios generados en la primera fase de decantación del agua residual, para ser enriquecidos en organismos hidrolíticos mediante el pretratamiento descrito. De este modo, la 5 corriente total de fangos enriquecida se retorna tras el pretratamiento al ciclo general de la depuradora, donde junto a los fangos secundarios se somete a digestión anaerobia. Por otra parte, en una segunda realización se desvía de la corriente de fangos primarios sólo una parte o fracción de los mismos para ser dirigidos al pretratamiento, de acuerdo con las condiciones indicadas (volumen de la fracción entre el 10% y el 20% del 10 volumen total de la corriente de fangos a hidrolizar). De esta forma, dicha fracción de fangos enriquecidos se dirige tras el pretratamiento a la digestión anaerobia junto con una mezcla formada por el resto de fangos primarios no pretratados y los fangos secundarios. En este caso, la alícuota tiene un volumen comprendido entre 10%-20% del volumen total representado por la suma de la corriente de fangos primarios y por la 15 corriente de fangos secundarios. Tiene que tenerse en cuenta que normalmente se cree en el campo técnico que dentro de los organismos hidrolíticos en estos procesos son las bacterias las principales partícipes en la hidrólisis, pero dicha afirmación es demasiado limitante porque hay 20 otros organismos, más desarrollados, que también generan enzimas hidrolíticas y que están presentes en las corrientes acuosas industriales que contienen materia orgánica. De este modo, el cultivo de bacterias hidrolíticas en el pretratamiento objeto de interés es un caso preferido, pero no limitante del grupo de organismos a cultivar. Parece evidente que el tipo de organismos hidrolíticos a cultivar (generadores de enzimas 25 hidrolíticas) en el pretratamiento va a depender de la naturaleza y propiedades de la corriente residual seleccionada y de la materia orgánica que ésta contiene. Además, es posible variar y modular las condiciones de cultivo para favorecer el crecimiento y proliferación de unos organismos u otros, así como variar y modular dichas condiciones de pretratamiento para potenciar la producción de las enzimas hidrolíticas deseadas por 30 parte de dichos organismos (ambos se enriquecen en la corriente en las mismas condiciones, al tener una relación causal de efecto inmediato). Por esta razón, limitar la invención a unas condiciones concretas de cultivo limitaría innecesariamente el ámbito de protección de la misma. No obstante, tratándose de organismos hidrolíticos, que pueden ser preferentemente bacterias, la temperatura a la que se cultiva la corriente 35
14 está preferentemente comprendida entre 25ºC y 65ºC y más preferentemente entre 30-60ºC. En una realización particular la corriente se somete al cultivo en régimen mesofílico, es decir entre 25ºC-45ºC. En otra realización particular, se somete a régimen termofílico, es decir entre 45ºC-65ºC. 5 También preferentemente, en el pretratamiento se somete la corriente acuosa a selección de organismos hidrolíticos durante un tiempo de retención hidráulico (de sólidos) comprendido entre 24-48 horas. El cultivo de los organismos en el pretratamiento se lleva a cabo preferentemente a un pH entre 4 y 6, siendo más preferentemente de 5. Este bajo pH se debe a la ruptura de moléculas complejas para 10 formar ácidos grasos volátiles; mientras el pH se mantenga sobre este valor, el proceso está funcionando de forma adecuada. En definitiva, los organismos hidrolíticos que se enriquecen en el pretratamiento debido a la temperatura y tiempo de retención del mismo pertenecen a un consorcio amplio de 15 microorganismos. En general, la corriente acuosa a tratar, sea cual sea su procedencia (por ejemplo los fangos primarios activos de una depuradora) contiene un cultivo muy variado de microorganismos, y señalar a un grupo específico es complejo y, en general, de poca utilidad. Lo que determina el funcionamiento del método no es la clasificación filogenética de los organismos sino las enzimas hidrolíticas que estos segregan en el 20 pretratamiento. No obstante, por aportar información más precisa sobre el método en cuestión a proteger, se puede hablar de que los organismos son preferentemente bacterias, y las bacterias cultivadas son preferentemente aquellas que segregan en el pretratamiento (y que causan una mejora del proceso posterior de hidrólisis) enzimas de la familia de las hidrolasas. En concreto, las principales son preferentemente 25 seleccionadas dentro del grupo compuesto por: las lipasas, proteasas, celulasas y amilasas. En línea con lo descrito respecto al método, los medios de bombeo que contiene la instalación de pretratamiento impulsan a la salida del reactor de pretratamiento la 30 corriente enriquecida que va a ser tratada en la etapa posterior de hidrólisis. Esta corriente será, en una realización, toda la corriente acuosa a hidrolizar, o en otra realización alternativa será la parte o alícuota desviada de la corriente acuosa general, que es preferentemente de un volumen comprendido entre 10% y 20% del volumen total de la corriente a hidrolizar. Además, como se ha afirmado anteriormente, el tamaño del 35
15 reactor depende no sólo del caudal de la corriente acuosa a pretratar sino también del tiempo de retención de dicha corriente en el interior del reactor. En este sentido, como el tiempo de retención en el método se establece preferentemente entre 24 y 48 horas, entonces se reduce favorablemente el tamaño del reactor. 5 En un caso preferido del método antes descrito, se pretrata una corriente acuosa concentrada de materia orgánica procedente de un proceso asociado, relacionado, o cercano al proceso de hidrólisis al que se va a someter dicha corriente (en general, un residuo), de tal forma que es asimismo aquel proceso en el que se encuentra implementado el pretratamiento. En este caso, la sencilla y compacta instalación de 10 pretratamiento biológico objeto de patente se encuentra además acoplada a una instalación superior en la que se producen residuos de materia orgánica y estos son tratados por hidrólisis, por ejemplo mediante digestión anaeróbica (en una planta depuradora), de tal forma que el reactor de pretratamiento de la instalación se encuentra conectado a su entrada a un elemento de conducción de la corriente de materia 15 orgánica residual que se produce en otro dispositivo de la instalación superior (por ejemplo, un decantador primario), y a su salida al dispositivo donde comúnmente es tratada dicha corriente de materia orgánica residual por hidrólisis (en el caso particular comentado, un tanque de digestión de fangos mixtos –primarios y secundarios-). En este caso, se trata por ejemplo de una planta de tratamiento de residuos acuosos, como 20 son las depuradoras de aguas residuales urbanas, donde la entrada del reactor de pretratamiento está conectada a medios de conducción de fangos primarios generados en un primer decantador, antes de que dichos medios de conducción recojan a su vez los fangos secundarios procedentes de un segundo decantador y se conecten en su segundo extremo con un tanque de digestión anaerobia de fangos mixtos; y la salida del 25 reactor de hidrólisis está conectada a unos medios de conducción de fangos primarios enriquecidos en organismos hidrolíticos al interior del tanque de digestión anaerobia de fangos mixtos. Así, la invención cubre por tanto en un caso preferido una planta de tratamiento primario 30 y secundario de agua, con línea de fangos, que comprende: - una unidad de tratamiento primario (8) y un decantador primario (9), conectados a - un tanque de proceso biológico (10) y un decantador secundario (11); - medios de bombeo de fangos primarios (12) originados en el decantador 35
16primario (9)y medios de bombeo de fangos secundarios (13)originados en el decantador secundario(11); -medios de conducción y canalización (14)de losfangos primarios y secundarios desde el decantador primario (9)y secundario (11), respectivamente, hasta 5-un digestor biológico anaerobio(6)para eltratamiento y estabilizaciónde los fangos;que comprende a su vez acopladala instalación de pretratamiento según se ha descrito anteriormente, de tal forma que los mediosde conducción (14)de fangos comprenden una válvula (7)para separar una fracción de los fangosprimariosoriginados en el 10decantador primario (9)y dirigir dicha fracción al interior del reactor(1)de pretratamiento biológicomediante medios de bombeo (19); de forma preferida, la instalación comprendeun reactor intermedio (15)de almacenamiento de la fracción de fangos primario tras la válvula (7)y antes de los medios de bombeo (19); y desde la salida (5)del reactor (1)de pretratamiento biológicose dirige el fango enriquecido hasta 15el digestor anaerobio(6)donde se juntan los fangos primarios y secundarios dando lugar a los fangos mixtos.Anteriormente se ha especificado que el pretratamiento puede aplicarse a un proceso de hidrólisis de materia orgánicao, de forma más amplia,a un proceso industrial del que 20la hidrólisis, como fase o como etapa, forma parte; un caso preferido que cubre la invención es un proceso de tratamiento anaerobio de biomasa, en el que la hidrólisis constituye la primera fasede dicho tratamiento. Un caso muy común y preferido por las propiedades de los residuos que se generan y por el volumen que representa de residuos urbanos es el proceso de tratamiento defangos mediante digestión anaerobia25en una planta de tratamiento secundario de aguas residualeso depuradora. No obstante, el proceso al que se aplica el pretratamiento biológico no sólo se limita al tratamiento defangos de aguas residuales mediante digestión anaerobia, sino que puede aplicarse también a otros procesos de tratamiento anaerobio de biomasa de los que la reacción de hidrólisis forma parte, que pueden ser también: sistemas anaerobios 30de membrana, celdas electroquímicas anaerobiasoreactores anaerobios de flujo ascendente (denominados abreviadamente UASB, del inglés Upflow Anaerobic Sludge Blanket), entre los más comunes.Aparte del tratamiento de fangos de aguas residuales, el método de pretratamiento y la 35
17instalación diseñada para tal fin son aplicables a otras industrias, como las señaladas anteriormente como ejemplo no limitante de aplicación: industria papelera (generación de residuos celulósicos con posterior tratamiento), industria alimenticia (conservas, mataderos, destilerías, etc.) con tratamiento de los fangos y demás residuos de producción, industria productora de biocombustible en la que se trate in situ los residuos 5de los materiales que se empleen para generar el biocombustible, vertederos en los que se lleve a cabo tratamiento de todoso parte de los residuos sólidos o tratamiento in situ de suelos contaminados mediante bioremediación.DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS10FIGURA 1.Diagrama de flujos del método de pretratamiento biológico de materia orgánica objeto de la presente invención, aplicado al tratamiento de una corriente de fangos primarios procedentes de la decantación primaria en plantas de tratamiento de aguas residuales, que incluyen una etapa de tratamiento secundario de dichos fangos mediante digestión anaeróbica. La línea discontinua delimita en la figura la instalación 15para pretratamiento biológico de la corriente acuosa concentrada de materia orgánica, que son los fangos primarios. (1)Reactorde pretratamientobiológico(2)Medios de calefacción del reactor (1)(3)Medios de agitación delreactor (1)20(4)Medios de bombeo, como una bomba dosificadora, a la salida (5) delreactor (1) (5)Salida del reactor (1) de pretratamientobiológicoque dirige los fangos primarios enriquecidos en organismos hidrolíticos al tanque (6) de digestión anaerobia de fangos25(6)Tanque o reactor de digestión anaerobia de fangos mixtos(7)Válvula de entrada de fangos primarios al reactor(1) (o a un reactorintermedio(15)de pretratamiento en caso de presencia delmismo)(8)Unidad de tratamiento primario de la planta depuradora(9)Decantador primario30 (10) Tanque de proceso biológico (11) Decantador secundario (12) Medios de bombeo de fangos primarios desde la salida del decantador primario (9) hasta el tanque de digestión (6)
18 (13) Medios de bombeo de fangos secundariosdesde la salida del decantador secundario (11) hasta el tanque de digestión (6) (14)Medios de conducción de fangosprimarios y secundarioshasta el tanque de digestión (6)(15) Tanque intermedio de almacenamiento de la fracción de fangos primarios tras su 5desvío con la válvula (7) y antes de ser bombeados al reactor de hidrólisis (1)mediante la bomba dosificadora (4) (16) Corriente de agua residual de entrada sin tratar (17) Corriente de agua residual tratada (18)Corriente de fangosmixtos tratados10(19) Medios de bombeo, como una bomba dosificadora, de fangos primarios al reactor (1) desde el tanque intermedio (15) de almacenamiento de la fracción de fangos primariostras su desvío con la válvula (7).REALIZACIÓN PREFERIDADE LA INVENCIÓN15Un caso preferido de la presente invención lo constituye un método de pretratamiento biológico de materia orgánica y cultivode organismos, concretamentebacteriano,de acuerdo a la descripción general en la que dichos componentesse encuentran enlos fangos procedentes de la decantación primaria en una planta de tratamiento de aguas residuales, y de tal forma que dicho pretratamiento se integra en el propio proceso de 20tratamiento de aguas residuales, como una etapa más que es posterior al tratamiento primario pero que tiene por objeto mejorar la reacción de hidrólisis que se produce durante el proceso de digestión anaerobia de los fangos. En la Figura 1 se muestra con más detalle el método de pretratamiento biológico objeto 25de patente, el procesode depuración de aguasy la línea de tratamiento de fangosen el que se acopla y las instalaciones diseñadas para tal fin.Las plantas convencionales de depuración mezclan los fangosgenerados en la fase primaria, a partir de una unidad de tratamiento primario (8)y un decantador primario (9), 30y los fangos generados en la fase secundariade tratamiento del agua residual, a partir de un tanque de proceso biológico (10)y un decantador secundario (11), para formar fangos mixtos. Normalmente,estos fangos son dirigidos a una línea paralela de tratamiento del agua, dondetras juntarlos mediante bombeo (medios de bombeo de fangos primarios (12)y medios de bombeo de fangos secundarios (13)en medios de 35
19conducción y canalización (14), estos fangos mixtos son cargados a un digestor biológico anaerobio(6)para su tratamiento y estabilización.Dado que los fangos secundarios están muy estabilizados, esto dificulta la proliferación de las bacterias hidrolíticas en el digestor anaerobio, reduciendo el rendimiento dela hidrólisisen la digestión anaerobia.5En la planta de tratamiento de aguas residuales en la que se aplica el método de pretratamiento biológico de acuerdo con la presente invención se desvía una fracción o alícuota de los fangos primarios,que es lacorriente conmateria orgánicaa tratar mediante hidrólisis,dicha fracción correspondiente al 10% del total de los fangos mixtos10(primarios y secundarios)a tratar en el digestor anaerobio(6) de la planta depuradora.En el ejemplo que nos ocupa, la composición del fango primario en cuanto a proteínas, aceites y grasa y nutrientes totales y disueltos ha sido mostrado en la Tabla 1.Estafracción de fangos primarios sedesvía mediante la válvula (7)cuando se están impulsando dichos fangosa través de losmedios de bombeo (12) hasta la instalación 15de pretratamiento; dicha válvula (7)regula la entrada del fango primario al tanque dependiendo de las necesidades del proceso, y dirige la fracción de fangos al interior del reactor (1)mediante una bomba dosificadora (19). En un caso preferido, también puedenmantenerse un tiempolos fangos primarios desviadospor la válvula (7)en untanque intermedio de almacenamiento(15)antes de ser dirigidos al reactor (1)mediante 20la bomba dosificadora (19).Dicho tanque dealmacenamiento(15) protege el reactor de pretratamiento (1)de posibles interrupciones en el suministro de fangos primarios.Tabla 1. Composición de fangos primarios(corriente acuosa que contiene materia orgánica biodegradable) en la realización preferida de la invención25ParámetroConcentraciónProteínas272.5mg/LAceites y Grasas0.51%Potasio Total120.6mg/kgPotasio Disuelto73.5mg/LFósforo Total257mg/kgFósforo Disuelto77.95mg/LLos fangos primarios en el interior del reactor (1)se mantienen homogeneizados mediante medios de agitación (3)lenta, y se someten a temperaturasde 35ºC(siendo
20esta temperatura un ejemplo no limitante) mediante los medios de calefacción (2).El tiempo de retención hidráulico se controla mediante la bombadosificadora (19)ubicadaa la entrada del reactor(1)(osituada entre el tanque intermedio (15)y el tanque de pretratamiento (1)en la realización preferida).5El volumen delafracción de fangos desviado (10% del volumen de fangos mixtos totales producidos en la planta depuradora) y el tiempo de retención hidráulico en el interior del reactor (1)de pretratamiento permitencalcular el volumen de dicho reactor (1)sin precisar datos adicionales; así, enel caso de operar un digestor anaerobio(6)de los fangos mixtoscon un tiempo de retención de 20 días, el volumen dedichodigestor 10sería de 20 veces el caudaltotal de fangos mixtos a tratar, mientras que el volumen delreactor (1)depretratamiento sería 0,1 veces el caudal totalde fangos mixtos a tratar.Estoda una idea de lo compacto dela instalación de pretratamiento en comparación al volumen del digestor(6). Esto implica un bajo coste capital y de operación del sistema objeto de protección en esta patente. Dado el carácter corrosivo de los fangos y la 15temperatura de cultivo de las bacterias hidrolíticas en el pretratamiento, controlada por los medios (2)de calefacción (35ºC), este reactorde pretratamiento(1)se construye en acero inoxidable AISI316. Para minimizar las pérdidas de calor y aumentar la eficiencia delos medios (2)de calefacción, el reactor(1)se completa con una capa externa de calorifugado con lana de roca y chapa de aluminio. Por su parte, los medios (3)de20agitación(lenta), de nuevo a bajas revoluciones(por velocidad de agitación lenta puede entenderse aquellacomprendida entre200-1000 revoluciones por minuto), facilita la mezcla de los sólidos en el tanqueo reactor (1)para que haya un contacto adecuado entre las bacteriashidrolíticasy los sustratos(materia orgánica)de los fangosy que se produzca una transferencia de calor adecuada a todos los puntos del mismo, sin por ello 25alterar la posible estructura floculenta del influente. Los medios (2)de calefacción tiene que asegurar que el contenido del reactor adquiera una temperatura de aproximadamente 35ºC (rango mesófilo, incluido como ejemplo no limitante en esta realización) independientemente de la temperatura del influente de fangos primarios. 30Un controlador lógico(no mostrado en la figura)incorporado a la instalación permiteoperar automáticamente los distintos equipos implicados en el procesode tratamiento de aguas, atendiendo a medidas de diferentes parámetros tomadas por sondas(no mostradas en la figura)repartidas a lo largo proceso (principalmente, una sonda de pH en el reactor (1)de pretratamiento, aunque también puede incluir sondas de 35
21temperaturao de caudal), verificando las condiciones de operación adecuadas. El adecuado funcionamiento del proceso de hidrólisis en el reactor (1)de pretratamiento seevidencia por la existencia de un pH entre 4 y 6(normalmente de 5, pero que puede oscilar entre los valores del intervalo citado). Este autómata permitetambién almacenar los datos de las distintas sondas repartidas por el sistema, con el fin de estudiar el 5funcionamiento óptimo del mismo.Una de las innovaciones principales presentada por el método objeto de invenciónes la seleccióny crecimientode organismosgeneradores de enzimas hidrolíticas, concretamente bacterias en este ejemplo,empleando corrientes concentradas(entre 0,1 10y 100 g/Ldel volumen total de corriente)de materia orgánica procedentes del propio proceso. De esta forma, no se tiene que emplear caldos de cultivo costosos o realizar el enriquecimiento externo dedichasbacterias (seleccionadas y/o enriquecidas en otros procesos). Concretamente, se demuestra que desviando parte del fango primario (rico en materia orgánica) a un método de pretratamientoincluido en la línea de fangosy 15separadode la línea de aguas convencional de la planta de depuración, se puede realizar el enriquecimiento de bacterias hidrolíticas. Este enriquecimiento va favorecido por la imposición de parámetros operacionales que impulsanla aparición de este tipo de gruposde bacterias productoras de enzimas hidrolíticas, tal como rangos de temperatura termófilos y mesófilos y bajos tiempos de retención de sólidosen el reactor 20biológico de pretratamiento. Así, graciasa los bajos valores de tiempo de retención de sólidos empleados(entre 24 y 48 horas), el tamaño del dispositivo para llevar a cabo el pretratamientoes muy reducido y –por tanto-el consumo energético del sistema es mínimo. El método se lleva a cabo con un reactor de pretratamientocompacto, de bajo coste energético y bajo nivel de exigencias a nivel operacional. La instalación diseñada 25para tal fin es, entonces, fácil de incluir tanto en plantas ya operativas como en plantas de nueva construcción.La descripción detallada de la realización preferentedel método de pretratamientopresentada en esta sección,aplicada a una planta depuradora de aguas residualescon 30digestión anaerobia,se puede aplicar asimismo a otros procesosde tratamiento de fangoscon las adaptaciones pertinentes, como son los tratamientos anaerobios del tipo: sistemas anaerobios de membrana, celdas bioelectroquímicas anaerobias, UASBo similares.35
2 DESCRIPTION METHOD OF BIOLOGICAL PRE-TREATMENT FOR HYDROLYSIS PROCESSES FIELD OF THE INVENTION The present invention encompasses in the field of industrial processes based on the treatment by hydrolysis of organic matter, such as that contained in urban and industrial waste (wastewater, landfill) ), of the sludge type of a purifier, or agricultural, and more specifically it is still focused on the biological pretreatment of biodegradable organic matter that is treated by hydrolysis, such as sludge or sludge from purification. Also included are the anaerobic processes of which hydrolysis is a part, which can also be very diverse: anaerobic digestion, anaerobic membrane systems, anaerobic electrochemical cells, anaerobic upflow reactors (abbreviated UASB). Sludge Blanket) or similar. 15 STATE OF THE TECHNIQUE Hydrolysis is the limiting step in anaerobic biodegradation processes. Being the phase of lower reaction speed, it limits the yield in terms of biogas production and sludge volume reduction. Therefore, in recent decades there has been a growing interest in developing methods for acceleration, mainly focused on the pretreatment of biological matter to hydrolyze, as a preparation. Four main categories of pretreatment technologies have been developed to accelerate hydrolysis: thermal, mechanical, chemical and biological pretreatments. All these technologies have the advantage of reducing anaerobic digestion time and final sludge volume, as well as increasing biogas production. 25 However, current pretreatment technologies are characterized by high energy consumption, which calls into question the advantages obtained from their application (saving in the cost of transport and sludge removal; Roxburgh et al. , 2006). The options for improving anaerobic digestion are diverse and require a study prior to its implementation, since there are several factors to consider, such as the characteristics of the product to be treated (sludge), the installation and the operating conditions ( Rossle and Pretorius, 1996). Thermal pretreatments (mainly application of a thermal phase in the 35
3 anaerobic digestion) normally require a significant amount of thermal energy in order to obtain a significant process improvement (Carrère et al. , 2010); Improved biogas production provides the thermal energy necessary to compensate for the thermal requirements of the pretreatment system itself (Bougrier et al. , 2006). Therefore, the main advantage of these systems is limited to a certain reduction in sludge biomass, but not to a reduction in energy consumption because in reality the contribution of external energy required by the anaerobic digestion systems itself is nullified by the energy produced in the process. On the other hand, mechanical pretreatments (mainly ultrasonic pretreatments and shear stresses) require an increase in the addition of electrical energy, with a consumption of approximately 0.3 KWh per kg of volatile solid (VS) removed. Taking into account that the electrical efficiency of biogas is 30%, the increase in biogas production thanks to pretreatment does not compensate for the increase in the demand for electricity in most cases, which makes the energy balance negative (Boehler et al. , 2006). Chemical pretreatments are those where chemical agents are added. Although high yields are obtained through their use, they can present some drawbacks such as the introduction of chemical compounds in the waste stream and the increase in costs in acquisition and handling of reagents. These processes mainly include thermochemical hydrolysis (Tanaka et al. , 1997; Rocher et al. , 1999), and advanced oxidation processes with ozone or hydrogen peroxide (Sakai et al. , 1997; Huysmans et al. , 2001). The biological pretreatments, which constitute the state of the art in which the present invention is framed, consist in the addition of certain strains of bacteria or hydrolytic enzymes to the sludge (Knapp and Howell, 1978). In this way, the disintegration and solubilization (hydrolysis) of the particulate matter is accelerated. Although they do not incur high energy consumption, the production of enzymes or certain strains of bacteria is expensive and operationally very complex, which can make the process considerably more expensive. There are a considerable number of patent documents focused on the enzymatic hydrolysis of residues with cellulose and lignocellulose, due to the difficulty in processing these components anaerobically. These documents are particularly aimed at the development of 35
4 biological pretreatments for the subsequent production of biofuels by fermentation of the substrates from the pretreatment. In general, these pretreatments are based on the addition of external (foreign) enzymes to the material to be biodegraded (EP2559768 A1, EP2076594 B1) or a combination of the addition of enzymes and bacteria produced in the process itself (WO2010055495). In short, 5 these pretreatments have additional costs because they are based on the external addition of enzymes, and it has been found that they do not use the bacteria themselves produced in the pretreatment to improve the subsequent process to which the material is subjected to biodegradation. That is, there is no synergy of pretreatment with a subsequent process, which is the basis of the present invention. 10 On the other hand, there is also a considerable number of patent documents in the area of biological treatment of solid waste for landfills. In these treatments, different fractions (liquid and solid) are generally separated from the residues; The liquid part is generally subjected to hydrolysis and anaerobic processes 15 while the solid part is composted (aerobic treatment). An example of this type of documents is US 7,985,577 B2 and US 7,015,028 B2. In these treatments a synergy between the pretreatment and the subsequent process has not been observed either; The hydrolyzed liquid part is not actually used to improve the overall performance of the process (or, in this case, anaerobic solids treatment). 20 Few examples have been found in which a biological pretreatment based on the enrichment of a culture of hydrolytic bacteria is used to improve the performance of anaerobic processes. In previous studies, a laboratory-scale anaerobic reactor was enriched with hydrolytic bacteria grown externally in a nutrient-rich broth (Yu et al. 2013). The experiment carried out showed that the addition to the anaerobic digester of a culture of enriched bacteria abroad improved the solubility of organic matter by 78% and the production of volatile fatty acids by 130% during the anaerobic process, producing a 23% increase in biogas. It was shown that the enzymes that play a more significant role in the bioaugmentation (increase in the biological activity of decomposition of organic matter) of the digester were hydrolases, amylases and proteases. Despite the achievements of this approach, nutrient-rich broths such as that used by Yu et al. (2013) are expensive and therefore not applicable on an industrial scale, since it would make the process economically unfeasible. 35
5 An international patent application, WO 2009135967, has also been found in which a biological pretreatment is carried out using bacteria from an aerobic composting process (solids treatment process). The culture is extracted and added in an anaerobic digestion process to accelerate hydrolysis, improving yield. The limitation of this pretreatment is that it uses solids 5 from an aerobic treatment system, then two processes are not integrated. This implies, on the one hand, the need to add additional facilities for the aerobic treatment of solids (with the consequent cost of capital). On the other hand, aerobic treatments involve a high cost of operation and therefore, the end result is a higher energy cost than would be achieved with other 10 pretreatments (such as that of the present invention). Taking into account the aforementioned limitations detected in the technical field, a biological pretreatment based on synergy and biological self-production is proposed in the present invention to prepare the organic matter capable of being hydrolyzed. The culture of organisms that produce hydrolytic enzymes and that are generated in pretreatment grow in the own concentrated aqueous stream of organic matter to be hydrolyzed, because they are present in said stream within a heterogeneous group of organisms that accompany organic matter and that they are capable of growing in it as a substrate, so that an external contribution of them is not necessary, and they are the most suitable for improving the performance of the subsequent process. In addition, there are no relevant additional energy costs nor are the costs in crops or nutrients increased, because concentrated aqueous streams of organic matter extracted from the industrial process itself in which the pretreatment phase is integrated are used, and therefore exceeds the limitation. from experiments like that of Yu et al. (2013), since it is not necessary to provide nutrient-rich broths to the process. The present method of biological pretreatment is characterized by requiring only slight variations in the anaerobic processing facility where it is integrated, and for achieving comprehensive anaerobic waste treatment, increasing its yield by reducing new 30 wastes and increasing energy recovery; therefore, both capital and operating costs are the minimum possible. BIBLIOGRAPHIC REFERENCES Boehler, M. , & Siegrist, H. (2006). Potential of activated sludge disintegration. Water 35
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7 biological organic solid waste. Tanaka, T. , Manome, Y. , Wen, P. , Kufe, D. W. & Fine, H. TO. (1997) Viral vector-mediated transduction of a modified platelet factor 4 cDNA inhibits angiogenesis and tumor growth. Nat. Med, 3. 437-442 Yu, S. , Zhang, G. , Li, J, Zhao, Z. & Kang, X. (2013). Effect of endogenous hydrolytic 5 enzymes pretreatment on the anaerobic digestion of sludge. Bioresource Technology: Elsevier. 758-761. GENERAL DESCRIPTION OF THE INVENTION The first object of the present invention is constituted by a method of biological pretreatment of biodegradable organic matter capable of being subjected to a hydrolysis process, comprising: - subjecting an aqueous stream containing the organic matter in a concentration between 0.1 and 100 g / L (of the total volume of current) to culture of organisms generating hydrolytic enzymes present in said stream, 15 under agitation and without external supply of nutrients, the organic matter being the substrate itself from which organisms are grown for enrichment in the aqueous stream, and - subject the enriched aqueous stream to a biological hydrolysis process at a post-pretreatment stage. The invention thus offers a new pretreatment of continuous or discontinuous applicability in hydrolysis processes or in any broader process of which the hydrolysis reaction is a part, such as anaerobic digestion (and more specifically anaerobic digestion of sludge or sludge primary in a purification plant), of low cost and based on the cultivation and enrichment of the hydrolytic organisms themselves present in the stream using the organic matter itself as a substrate, for the subsequent bioaugmentation of the hydrolysis process to which said organic matter is subjected thanks to the hydrolytic enzymes produced by these enriched organisms. The pretreatment of organic matter is designed to optimize the growth conditions of organisms that generate hydrolytic enzymes (also called here hydrolytic organisms), which are the ones that will subsequently accelerate the hydrolysis reaction itself to which the biomass is subjected pretreated (enriched). Additionally, it should be taken into account that the substrate for the growth of hydrolytic organisms is the organic matter itself contained in the
8 aqueous stream to be subsequently subjected to hydrolysis, and therefore does not depend on contributions of extra nutrients. Organic matter is part of an aqueous stream (which is ultimately a residue) that always contains moisture, whose aqueous phase allows the growth of organisms, from an industrial process that is associated with the hydrolysis phase itself, either because It is related to it or because it is physically close to it, so that this pretreatment method is not external but can be integrated into the process in which the biomass is to be treated (by hydrolysis) to reduce waste or produce biogas and / or the process that originates the aqueous stream of organic matter. Thus, compared to other known biological pretreatments, it is possible to integrate the present invention into the production and treatment line of organic matter itself. In general, it should be understood within the framework of the present invention that the aqueous stream containing the organic matter is originated in a biological process of degradation, spontaneous or provoked, usable as a source of energy. Thus, the organic matter is present in concentrated form in the aqueous stream (concentration between 0.1 and 100 g / L), said stream containing in turn biomass in the form of a heterogeneous culture of organisms (bacteria, etc.). ) and nutrients. It follows from this definition that the stream of organic matter subjected to pretreatment in the method described herein is preferably the residue of an industrial process, either a final process residue or an intermediate residue that can still be potentially treated (such as case of sludge or sludge from primary decantation in a treatment plant). 25 The positive impacts in the technical field of the pretreatment described are the following: - reduction of the volume of waste (such as sludge) generated in the biological hydrolysis process (for example, anaerobic) in which the pretreatment in question is applied and, therefore, of the transport costs and disposition 30 thereof; - Increase in the volume of biogas generated in the bio-increased hydrolysis process with pretreatment and, therefore, in the amount of recoverable energy in the system; - improvement of the energy balance and sustainability of the bio-augmented process by the 35
9 pretreatment, which is due to its low energy consumption and its potential effects in improving the energy production of bio-augmented processes; - Improving the speed of the bio-augmented process by pretreatment, which favors the construction of smaller reactors for bio-augmented processes and, therefore, a reduction in their capital costs. In short, the improvement in the performance of the hydrolysis process thanks to the pretreatment can result in a decrease in the production of 10 residues, an increase in the kinetics of elimination of organic matter, an increase in the solubilization of particulate organic matter or an increase in biogas production and, therefore, in the performance of the hydrolysis process. From the foregoing, and since pretreatment and hydrolysis process of the organic matter are closely linked in the patent method, it should be understood that the present invention also encompasses an industrial process in which the aqueous stream is generated and treated. containing the organic matter in a concentration between 0.1 and 100 g / L, which comprises the biological pretreatment of the organic matter to be hydrolysed by the method described above for the cultivation of hydrolytic organisms under agitation and without external nutrient supply and the organic matter being the substrate itself from which said organisms are grown for enrichment in the aqueous stream before directing and subjecting the enriched stream to the hydrolysis stage, and where said hydrolysis stage is the treatment phase of the Organic matter in the industrial process. According to this description, it should be understood that the industrial process subject to protection is characterized in that it comprises the method of biological pretreatment of the aqueous stream integrated between the phase in which said current is generated and the phase in which the same. Another object of the present invention is an installation for the biological pretreatment of organic matter capable of being subjected to hydrolysis as defined above, attachable to an industrial installation in which said stream of organic matter is generated and treated, and comprising : - a biological pretreatment reactor (1), the configuration of which varies according to 35
10 the temperature at which the hydrolytic organisms are cultured in the aqueous stream within it and whose size is defined as a function of the flow rate of the current and the hydraulic retention time thereof, which includes: or heating means ( 2) to select the hydrolytic organisms to grow and favor their cultivation; or stirring means (3), to ensure that the content of the reactor (1) is properly mixed during the cultivation stage; - pumping means (4), such as a metering pump, located at the outlet (5) of the pretreatment reactor (1), which directs the enriched current 10 in the pretreatment stage to a device (6) in which the subsequent hydrolysis process of the second stage is carried out, and which sets the hydraulic retention time of the biomass in the reactor (1). This installation is compact and simple, in such a way that it does not require complex 15 devices to grow hydrolytic organisms in the biomass to be hydrolyzed, nor does it offer great complications to integrate into the line of generation and treatment of aqueous streams with organic matter in a plant industrial. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION 20 There are two preferred variants of the essential biological pretreatment method defined above: in a particular embodiment, the total aqueous stream of organic matter to be subsequently treated by hydrolysis can be pretreated. In a second particular embodiment, from the total stream to be hydrolysed, only a part or aliquot thereof can be previously extracted to be pretreated following the described method and, once enriched in organisms generating hydrolytic enzymes, said fraction is added again. to the rest of the stream to be hydrolyzed. In this case, the aliquot or fraction enriched in hydrolytic organisms and the enzymes they produce serve as a "catalyst" or "accelerator" in the subsequent hydrolysis process, extending to the total organic matter contained in the aqueous stream. In a preferred case, the aliquot or fraction of the stream that is diverted and subjected to culture of hydrolytic organisms represents between 10% and 20% of the total volume to be hydrolyzed (from the aqueous stream of organic matter), of such
11 so that this amount is sufficient to increase the rate of hydrolysis and improve the process performance for the entire current. In a particular embodiment, the total volume of stream to be hydrolyzed in the second stage corresponds to the total volume of the aqueous stream from which the aliquot is extracted; therefore, said fraction represents 10% -20% of the total volume of the initial aqueous stream containing the organic matter. But it is also possible to mix said aqueous stream with another or similar ones in the hydrolysis stage, for example in industrial processes in which more than one stream of aqueous waste is produced (primary and secondary sludge from a treatment plant); In these cases, the volume of total stream to be hydrolyzed is represented by the sum of the volumes of the different currents that are mixed, 10 and is the starting value that is taken as a reference to calculate 10% -20% in volume of the aliquot. Although the aqueous stream contains organic matter in a concentration between 0.1 and 100 g / L of the total volume, said concentration is preferably between 10 and 100 g / L. Preferably, the stream of organic matter to be biologically pretreated is a wet (aqueous) residue that is generated in the industrial process itself in which the stream is treated by hydrolysis, that is, it is both a process of producing the residue and treatment before disposal / reuse by hydrolysis. In general, the described pretreatment is applicable to any industry that generates an organic waste that is treated in the industry itself: paper industry (generation of cellulosic waste with subsequent treatment), food industry (preserves, slaughterhouses, distilleries, etc. ) with treatment of sludge and other waste from 25 production. It is also possible to couple the pretreatment to the biofuel producing industry in which the waste of the materials used to generate the biofuel is treated in situ. Another applicable case is that of landfills in which treatment of all or part of the solid waste is carried out, or even in the in situ treatment of contaminated soils by bioremediation. In all these 30 cases, the pretreatment constitutes an intermediate step between an earlier stage in which the aqueous residue containing the organic matter to be hydrolyzed is produced and the hydrolysis stage in which said residue is treated. This is the most preferred case, since no additional facilities or intermediate phases or processes are needed: the pretreatment method is simply integrated into the overall process of which the
12 hydrolysis of organic matter forms part, in such a way that all or part of the aqueous stream generated as waste in the industrial process is diverted to the stage of biological pretreatment for the cultivation of hydrolytic organisms, prior to the hydrolysis treatment process of organic matter. For example, if biological pretreatment is applied to a wastewater treatment process that takes place in a sewage treatment plant, sludge or sludge generated in the primary decantation stage is used as a stream of concentrated organic matter that is pretreated and subsequently , said sludges are subjected to hydrolysis in the secondary treatment of anaerobic digestion together with the rest of the primary sludge (if applicable) and the secondary sludge, as is usual in water purification. In these cases, the water purification process 10 comprises a) a primary decantation stage, b) the biological pretreatment stage of all or part of the sludge produced in said primary decantation and c) an anaerobic sludge digestion stage, both the primary ones with the secondary sludge generated in a secondary stage, which is where the sludge stream enriched with pretreatment is added / applied. In this embodiment, it is important to emphasize that the enrichment of hydrolytic organisms by pretreatment of a fraction of the primary sludge allows the process to be carried out continuously or discontinuously and results in a global improvement of the sludge hydrolysis process into which it is integrated. ; that is to say, there is a synergy between the pretreatment and the subsequent hydrolysis process (which is part of the global 20-water purification process), thus increasing the overall performance. Thus, if the pretreatment is integrated in the sludge line of a wastewater treatment process in a sewage plant, then the process in question preferably comprises at least the following essential stages: 25 - divert all current or a fraction of primary sludge generated in a first phase of decantation of the water entering the treatment plant and directing said stream or fraction to cultivate and enrich the hydrolytic organisms; - subject the stream or fraction of primary sludge diverted to cultivation of the hydrolytic organisms present in said sludge, under agitation and without external supply of nutrients, and - pump the stream or fraction of primary sludge enriched in hydrolytic organisms to a digestion process anaerobic of a mixture formed by primary sludge and secondary sludge generated in a second phase of water treatment. 35
13 From this description, as well as from the above, it follows that there are two particular embodiments. In a first embodiment of the method, the entire volume of the primary sludge generated in the first phase of wastewater decantation is diverted from the general sewage sludge stream, to be enriched in hydrolytic organisms by the described pretreatment. In this way, the total enriched sludge stream is returned after the pretreatment to the general cycle of the treatment plant, where together with the secondary sludge it undergoes anaerobic digestion. On the other hand, in a second embodiment, only a part or fraction thereof is diverted from the primary sludge stream to be directed to the pretreatment, in accordance with the indicated conditions (volume of the fraction between 10% and 20% of the 10 total volume of the sludge stream to be hydrolyzed). In this way, said fraction of enriched sludge is directed after pre-treatment to anaerobic digestion along with a mixture formed by the rest of unpretreated primary sludge and secondary sludge. In this case, the aliquot has a volume between 10% -20% of the total volume represented by the sum of the primary sludge stream and the secondary sludge stream. It has to be taken into account that it is normally believed in the technical field that within the hydrolytic organisms in these processes bacteria are the main participants in hydrolysis, but this statement is too limiting because there are 20 other organisms, more developed, that also generate Hydrolytic enzymes and which are present in industrial aqueous streams that contain organic matter. Thus, the cultivation of hydrolytic bacteria in the pretreatment of interest is a preferred case, but not a limitation of the group of organisms to be cultivated. It seems clear that the type of hydrolytic organisms to be cultivated (generators of hydrolytic enzymes) in the pretreatment will depend on the nature and properties of the selected residual current and the organic matter it contains. In addition, it is possible to vary and modulate the culture conditions to favor the growth and proliferation of some organisms or others, as well as to vary and modulate said pretreatment conditions to enhance the production of the desired hydrolytic enzymes by said organisms (both are enrich the current under the same conditions, having a causal relationship of immediate effect). For this reason, limiting the invention to specific cultivation conditions would unnecessarily limit its scope of protection. However, in the case of hydrolytic organisms, which may preferably be bacteria, the temperature at which the stream is grown
14 is preferably between 25 ° C and 65 ° C and more preferably between 30-60 ° C. In a particular embodiment the stream is subjected to the mesophilic culture, that is between 25 ° C-45 ° C. In another particular embodiment, it is subjected to thermophilic regime, ie between 45 ° C-65 ° C. 5 Also preferably, in the pretreatment the aqueous stream is subjected to selection of hydrolytic organisms during a hydraulic retention time (of solids) between 24-48 hours. The culture of the organisms in the pretreatment is preferably carried out at a pH between 4 and 6, being more preferably 5. This low pH is due to the breakdown of complex molecules to form volatile fatty acids; As long as the pH is maintained above this value, the process is working properly. In short, hydrolytic organisms that are enriched in pretreatment due to the temperature and retention time thereof belong to a large consortium of 15 microorganisms. In general, the aqueous stream to be treated, whatever its origin (for example the active primary sludge of a treatment plant) contains a very varied culture of microorganisms, and pointing to a specific group is complex and, in general, of little use. What determines the operation of the method is not the phylogenetic classification of organisms but the hydrolytic enzymes that they secrete in the pretreatment. However, by providing more precise information on the method in question to be protected, it can be said that organisms are preferably bacteria, and cultured bacteria are preferably those that secrete in pretreatment (and that cause an improvement in the subsequent hydrolysis process ) enzymes of the hydrolase family. Specifically, the main ones are preferably selected from the group consisting of: lipases, proteases, cellulases and amylases. In line with what has been described with respect to the method, the pumping means contained in the pretreatment plant propel the enriched stream that is to be treated in the subsequent hydrolysis stage to the outlet of the pretreatment reactor. This stream will be, in one embodiment, the entire aqueous stream to be hydrolyzed, or in another alternative embodiment it will be the part or aliquot deviated from the general aqueous stream, which is preferably of a volume comprised between 10% and 20% of the total volume of the stream to hydrolyze. In addition, as stated above, the size of 35
The reactor depends not only on the flow rate of the aqueous stream to be pretreated but also on the retention time of said stream inside the reactor. In this sense, since the retention time in the method is preferably set between 24 and 48 hours, then the reactor size is favorably reduced. 5 In a preferred case of the method described above, a concentrated aqueous stream of organic matter is pretreated from an associated process, related, or close to the hydrolysis process to which said stream (in general, a residue) is to be subjected, of such that it is also the process in which pretreatment is implemented. In this case, the simple and compact installation of the biological pretreatment object of patent is also coupled to a superior installation in which organic matter waste is produced and these are treated by hydrolysis, for example by anaerobic digestion (in a treatment plant ), so that the pretreatment reactor of the installation is connected at its entrance to a conduit element of the residual organic matter stream 15 that is produced in another device of the upper installation (for example, a primary decanter) , and upon its exit to the device where said stream of residual organic matter is commonly treated by hydrolysis (in the particular case mentioned, a mixed sludge digestion tank - primary and secondary). In this case, it is, for example, an aqueous waste treatment plant, such as urban sewage treatment plants, where the pretreatment reactor inlet is connected to primary sludge conduction means generated in a first decanter, before that said conduction means in turn collect the secondary sludge from a second decanter and connect at its second end with an anaerobic mixed sludge digestion tank; and the outlet of the hydrolysis reactor is connected to conduits of primary sludge enriched in hydrolytic organisms inside the anaerobic digestion tank of mixed sludge. Thus, the invention thus covers in a preferred case a primary and secondary water treatment plant 30, with sludge line, comprising: - a primary treatment unit (8) and a primary decanter (9), connected to - a biological process tank (10) and a secondary decanter (11); - means for pumping primary sludge (12) originating in the decanter 35
16 primary (9) and secondary sludge pumping means (13) originating from the secondary decanter (11); -means of conduction and channeling (14) of the primary and secondary phages from the primary (9) and secondary decanter (11), respectively, up to 5-an anaerobic biological digester (6) for the treatment and stabilization of the sludge; which includes its once the pretreatment installation is coupled as described above, in such a way that the sludge conduction means (14) comprise a valve (7) to separate a fraction of the primary sludge assigned in the primary heater (9) and direct said fraction into the interior of the bio-mediating pretreatment reactor (1) pumping means (19); preferably, the installation comprises an intermediate reactor (15) for storing the primary sludge fraction behind the valve (7) and before the pumping means (19); and from the outlet (5) of the biological pretreatment reactor (1), the enriched sludge is directed to the anaerobic digester (6) where the primary and secondary sludge meet, giving rise to the mixed sludge. Previously it has been specified that pretreatment can be applied to a process of hydrolysis of organic matter, more broadly, to an industrial process of which hydrolysis, as a phase or as a stage, forms part; A preferred case covering the invention is an anaerobic biomass treatment process, in which hydrolysis constitutes the first phase of said treatment. A very common and preferred case for the properties of the waste that is generated and for the volume it represents of urban waste is the process of defangos treatment through anaerobic digestion25 in a secondary wastewater treatment plant or sewage treatment plant. However, the process to which biological pretreatment is applied is not only limited to the treatment of sewage water by anaerobic digestion, but it can also be applied to other anaerobic biomass treatment processes of which the hydrolysis reaction is part, which They can also be: anaerobic membrane systems, anaerobic electrochemical cells, upstream anaerobic reactors (abbreviated as UASB). Upflow Anaerobic Sludge Blanket, among the most common. Apart from the treatment of sewage sludge, the pretreatment method and the
The installation designed for this purpose is applicable to other industries, such as those mentioned above as a non-limiting example of application: paper industry (generation of cellulosic waste with subsequent treatment), food industry (canning, slaughterhouses, distilleries, etc. ) with treatment of sludge and other production waste, a biofuel producing industry in which the waste 5 of the materials used to generate the biofuel is treated on site, landfills in which all or part of the treatment is carried out solid waste or in situ treatment of contaminated soils through bioremediation. DESCRIPTION OF THE FIGURES 10 FIGURE 1. Flow chart of the method of biological pretreatment of organic matter object of the present invention, applied to the treatment of a stream of primary sludge from the primary decantation in wastewater treatment plants, which include a stage of secondary treatment of said sludge by anaerobic digestion The broken line defines in the figure the installation 15 for biological pretreatment of the concentrated aqueous stream of organic matter, which is the primary sludge. (1) Biological pretreatment reactor (2) Reactor heating means (1) (3) Reactor agitation means (1) 20 (4) Pumping means, such as a metering pump, at the outlet (5) of the reactor (1) ( 5) Exit of the biological pretreatment reactor (1) that directs the primary sludge enriched in hydrolytic organisms to the tank (6) anaerobic sludge digestion25 (6) Tank or anaerobic mixed sludge digestion reactor (7) Primary sludge inlet valve to reactor (1) (or to an intermediate reactor (15) for pretreatment in the presence of the same) (8) Primary treatment unit of the treatment plant (9) Primary decanter30 (10) Biological process tank (11) Secondary decanter (12) Means for pumping primary sludge from the outlet of the primary decanter (9) to the digestion tank (6)
18 (13) Secondary sludge pumping means from the outlet of the secondary decanter (11) to the digestion tank (6) (14) Primary and secondary sludge driving means to the digestion tank (6) (15) Intermediate storage tank of the fraction of primary sludge after 5 diverting with the valve (7) and before being pumped to the hydrolysis reactor (1) by means of the metering pump (4) (16) Current of untreated inlet wastewater (17) treated wastewater (18) Current of treated sludge10 (19) Pumping means, such as a metering pump, of primary sludge to the reactor (1) from the intermediate storage tank (15) of the primary sludge fraction after its diverting with the valve (7). PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION 15 A preferred case of the present invention is a method of biological pretreatment of organic matter and organism culture, specifically bacterial, according to the general description in which said components are found in the sludge from the primary settling in a treatment plant of wastewater, and in such a way that said pretreatment is integrated into the wastewater treatment process itself, as a further stage that is subsequent to the primary treatment but which aims to improve the hydrolysis reaction that occurs during the process of anaerobic sludge digestion. Figure 1 shows in more detail the biological pretreatment method object of patent, the water purification process and the sludge treatment line in which it is coupled and the facilities designed for that purpose. Conventional purification plants mix the sludge generated in the primary phase, from a primary treatment unit (8) and a primary decanter (9), 30 and the sludge generated in the secondary phase of wastewater treatment, from a tank of biological process (10) and a secondary decanter (11), to form mixed sludge. Normally, these sludges are directed to a parallel water treatment line, where they can be collected by pumping (primary sludge pumping means (12) and secondary sludge pumping means (13) on 35
19 conduction and channeling (14), these mixed sludges are charged to an anaerobic biological digester (6) for treatment and stabilization. Since secondary sludge is highly stabilized, this hinders the proliferation of hydrolytic bacteria in the anaerobic digester, reducing the hydrolysis performance in anaerobic digestion. In the wastewater treatment plant in which the biological pretreatment method according to the present invention is applied, a fraction or aliquot of the primary sludge is diverted, which is the organic matter stream to be treated by hydrolysis, said fraction corresponding to 10% of the total mixed sludge10 (primary and secondary) to be treated in the anaerobic digester (6) of the treatment plant. In the example at hand, the composition of the primary sludge in terms of proteins, oils and fat and total and dissolved nutrients has been shown in Table 1. This primary sludge deflection is diverted by the valve (7) when said sludge is being driven through the pumping means (12) to the pretreatment installation; said valve (7) regulates the entry of the primary sludge into the tank depending on the needs of the process, and directs the sludge fraction into the reactor (1) by means of a metering pump (19). In a preferred case, primary sludge diverted by the valve (7) can also be maintained in an intermediate storage tank (15) before being directed to the reactor (1) by means of the metering pump (19). Said storage tank (15) protects the pretreatment reactor (1) from possible interruptions in the supply of primary sludge. Table 1. Composition of primary sludge (aqueous stream containing biodegradable organic matter) in the preferred embodiment of the invention 25 Parameter Concentration Proteins 272. 5mg / LA Oils and Fats0. 51% Total Potassium 120. 6mg / kg Dissolved Potassium73. 5mg / L Total Phosphorus 257mg / kg Dissolved Phosphorus77. 95mg / LL The primary sludge inside the reactor (1) is kept homogenized by means of slow stirring (3), and subjected to temperatures of 35 ° C (being
20this temperature a non-limiting example) by means of heating (2). The hydraulic retention time is controlled by the baler (19) located at the inlet of the reactor (1) (located between the intermediate tank (15) and the pretreatment tank (1) in the preferred embodiment). 5 The volume of deviated sludge distraction (10% of the total mixed sludge volume produced in the treatment plant) and the hydraulic retention time inside the pretreatment reactor (1) allow to calculate the volume of said reactor (1) without requiring additional data ; Thus, in the case of operating an anaerobic digester (6) of the mixed sludge with a retention time of 20 days, the volume of the digester 10 would be 20 times the total volume of mixed sludge to be treated, while the volume of the pretreatment reactor (1) would be 0 , 1 times the total flow of mixed sludge to be treated. This gives an idea of the compactness of the pretreatment facility compared to the volume of the digester (6). This implies a low capital and operating cost of the system subject to protection in this patent. Given the corrosive nature of the sludge and the temperature of cultivation of the hydrolytic bacteria in the pretreatment, controlled by the heating means (2) (35 ° C), this pretreatment reactor (1) is constructed in stainless steel AISI316. To minimize heat losses and increase the efficiency of the heating means (2), the reactor (1) is completed with an external layer of heat-insulated with rock wool and aluminum sheet. On the other hand, the agitation (slow) means (3), again at low revolutions (by slow agitation speed can be understood as understood between 200-1000 revolutions per minute), facilitates the mixing of the solids in the reactor tank (1) to that there is adequate contact between the hydrolytic bacteria and the substrates (organic matter) of the sludge and that there is an adequate heat transfer to all points thereof, without thereby altering the possible flocculent structure of the influent. The heating means (2) must ensure that the reactor content acquires a temperature of approximately 35 ° C (mesophilic range, included as a non-limiting example in this embodiment) regardless of the temperature of the primary sludge influent. 30 A logic controller (not shown in the figure) incorporated into the installation allows the different equipment involved in the water treatment process to operate automatically, taking into account measurements of different parameters taken by probes (not shown in the figure) distributed throughout the process (mainly , a pH probe in the pretreatment reactor (1), although it may also include probes of 35
21 flow temperature), verifying the appropriate operating conditions. The proper functioning of the hydrolysis process in the pretreatment reactor (1) is evidenced by the existence of a pH between 4 and 6 (usually 5, but which can range between the values of the aforementioned range). This automaton also allows to store the data of the different probes distributed by the system, in order to study the optimal operation of the same. One of the main innovations presented by the method object of the invention is the selection and growth of organisms generating hydrolytic enzymes, specifically bacteria in this example, using concentrated currents (between 0.1 10 and 100 g / L of the total volume of current) of organic matter from the own process. In this way, it is not necessary to use expensive culture broths or to carry out the external enrichment of these bacteria (selected and / or enriched in other processes). Specifically, it is demonstrated that by diverting part of the primary sludge (rich in organic matter) to a pretreatment method included in the sludge line and separated from the conventional water line of the purification plant, enrichment of hydrolytic bacteria can be performed. This enrichment is favored by the imposition of operational parameters that drive the appearance of such groups of bacteria that produce hydrolytic enzymes, such as thermophilic and mesophilic temperature ranges and low solids retention times in the pre-treatment biological reactor. Thus, thanks to the low retention time values of solids used (between 24 and 48 hours), the size of the device for carrying out the pre-treatment is very small and, therefore, the energy consumption of the system is minimal. The method is carried out with a compact pretreatment reactor, with low energy cost and low level of operational requirements. The installation designed for this purpose is, therefore, easy to include both in already operational plants and in new construction plants. The detailed description of the preferred embodiment of the pretreatment method presented in this section, applied to a sewage treatment plant with anaerobic digestion, can also be applied to other sludge treatment processes with appropriate adaptations, such as anaerobic treatments of the type: anaerobic systems of membrane, anaerobic bioelectrochemical cells, similar UASBo. 35