ES2575120T3 - Método para producir un fertilizante a partir de un lodo - Google Patents

Método para producir un fertilizante a partir de un lodo Download PDF

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Abstract

Un método para producir un fertilizante a partir de lodo, método en el cual el lodo se calienta con vapor sobrecalentado para lograr la higienización para destruir microorganismos patógenos, caracterizado porque el lodo se calienta hasta una temperatura de 60 a 100ºC con vapor de agua sobrecalentado, el cual es una mezcla gaseosa de vapor de agua y gas de combustión de un combustible, teniendo el vapor de agua sobrecalentado una temperatura de 200 a 600ºC para activar el aumento de la cantidad de carbono soluble en el lodo y reiniciar la biodegradación del lodo usando los microorganismos no patógenos que aún permanecen en el lodo después del calentamiento, realizándose el tratamiento con vapor de agua sobrecalentado a presión atmosférica normal en una unidad de tratamiento con vapor de agua no presurizado, y realizándose el tratamiento con vapor de agua sobrecalentado como un procedimiento tipo continuo en lugar de un procedimiento cerrado tipo discontinuo.

Description

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Descripcion
Metodo para producir un fertilizante a partir de un lodo Campo
La invencion se refiere a un metodo para producir un fertilizante a partir de un lodo, metodo en el cual el lodo se calienta con vapor sobrecalentado para lograr la higienizacion para destruir los organismos patogenos.
Antecedentes
Hay diferentes alternativas para tratar un lodo. Por ejemplo, se conocen la digestion que es un tratamiento anaerobio, as! como el compostaje que es un tratamiento aerobio, es decir un tratamiento que utiliza oxlgeno. Ademas, se conoce el tratamiento termico, en otras palabras un tratamiento que se produce por calentamiento.
De los tratamientos que se producen por calentamiento se conoce por ejemplo el secado de lodos con aire caliente, pero una desventaja de esta tecnica es la gran cantidad de energla requerida y la formacion de polvo en el material procedente del secado. De los metodos que utilizan calor, tambien se conoce el tratamiento de lodos con agua caliente, pero un problema con este metodo es que el agua usada en el metodo tiene que purificarse, lo cual genera costes. Ademas, de los tratamientos que se producen por calentamiento, se conocen los metodos que usan vapor de agua normal pero segun las observaciones del solicitante no son completamente satisfactorios con respecto a la eficiencia de la purificacion y de la economla termica.
En la purificacion de un residuo o de otro material tambien es conocido el uso de vapor de agua sobrecalentado. El vapor de agua sobrecalentado es una mezcla gaseosa formada por vapor de agua y gas de combustion. Algunas soluciones conocidas se presentan en la publicaciones US 5656178, US 5613452, US 5413129, DE 4226584, EP 0715902, US 4336329, WO 01/02027 y WO 02/28556, pero las publicaciones se refieren a la esterilizacion del material, la cual tambien elimina excesivamente a los microrganismos utiles, impidiendo de este modo el uso del material como fertilizante.
Con relacion al campo de la presente invencion, se conoce un metodo que usa vapor de agua sobrecalentado por la publicacion EP 101784 para fabricar un fertilizante a partir de corteza de arbol y lodo. En el metodo descrito en esta publicacion, el lodo se calienta a una temperatura de 120 a 140°C usando vapor de agua sobrecalentado que tiene una temperatura de 140 a 600°C. Sin embargo, el metodo no da resultados optimos con respecto a las propiedades fertilizantes del producto final y la economla termica del metodo debido a, en particular, la alta temperatura a la que se calienta el material a tratar. Otros metodos de tratamiento de lodos son conocidos por los documentos FR2519965 y WO 0110796.
Breve descripcion
Un objeto de la invencion es implantar el metodo de una forma que permita reducir los problemas relacionados con la tecnica anterior. Esto se logra con un metodo segun la invencion, caracterizado porque el lodo que se calienta a una temperatura de 60 a 100°C con vapor de agua sobrecalentado, el cual es una mezcla gaseosa de vapor de agua y gas de combustion de un combustible, el vapor de agua sobrecalentado que tiene una temperatura de 200 a 600°C para activar el aumento de la cantidad de carbono soluble en el lodo y reiniciar la biodegradacion del lodo usando los microorganismos no patogenos que aun permanecen en el lodo despues de calentar el tratamiento con vapor de agua sobrecalentado que se realiza a presion atmosferica normal en una unidad de tratamiento con vapor de agua no presurizado, y realizando el tratamiento con vapor de agua sobrecalentado como un procedimiento tipo continuo en lugar de un procedimiento cerrado tipo discontinuo.
En las reivindicaciones dependientes se describen realizaciones de la invencion.
La invencion esta basada en la idea de no calentar el lodo a tratar a una temperatura demasiado alta, aunque aun se usa vapor de agua sobrecalentado que tiene una temperatura suficientemente alta.
El metodo segun la invencion proporciona varias ventajas. La invencion permite conseguir un fertilizante de alta calidad con respecto a la economla termica de una manera que aun es suficientemente economica. Las realizaciones preferidas de la invencion y otras realizaciones mas detalladas intensifican las ventajas de la invencion. En particular, el control de las condiciones de humedad, intensifica las ventajas de la invencion.
Lista de figuras
La invencion se describira ahora con mas detalle en conexion con las realizaciones preferidas, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La Figura 1 muestra una realizacion de un aparato para el tratamiento con vapor de agua sobrecalentado, usado en el metodo;
La Figura 2 muestra el aparato ilustrado en la Figura 1, visto desde la direccion opuesta;
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La Figura 3 muestra una vista de principio de una realizacion del aparato para el tratamiento con vapor de agua sobrecalentado, usado en el metodo;
La Figura 4 muestra la cantidad de carbono organico soluble;
La Figura 5 muestra la cantidad de nitrogeno soluble.
Descripcion de las realizaciones
Con referencia a las Figuras, el metodo puede usar, por ejemplo, un aparato del tipo mostrado en las Figuras 1 a 3. El aparato segun las Figuras 1 a 2 es una unidad movil soportada por una trama 10 y que comprende los ejes 11 y 12 con los neumaticos 13 a 16 as! como pies soporte 17 y un punto de union 19 para un vehlculo tipo tractor.
Con respecto a la Figura 3, se ha de advertir que se pretende que las llneas cortas ilustren vapor de agua sobrecalentado solo a modo de principio, y se pretende que los clrculos redondos ilustren el material a tratar solo a modo de principio, siendo este material, como se menciono, lodo, particularmente uno o mas de los siguientes: lodo municipal, lodo agricola, lodo de alcantarillado, es decir lodo de plantas de purificacion. El lodo, por ejemplo lodo recibido de una planta de purificacion de aguas residuales municipal o regional, es lodo que ya ha sido biodegradado, es decir ha sido compostado, una vez, y se usa como punto de partida en el presente metodo de producir un fertilizante.
Para recibir el material a tratar, es decir el lodo, el aparato comprende una tolva receptora 30, hacia la que el lodo puede llevarse, por ejemplo, con un cargador de cubo u otro medio de transferencia, tal como una cinta transportadora o un canal de transferencia. Despues del medio de recepcion del lodo 30, tal como una tolva receptora 30, en otras palabras debajo de la tolva 30, por ejemplo, el aparato comprende una cinta transportadora de transferencia 32 dispuesta para transportar el material hacia una primera unidad 40 de tratamiento con vapor de agua.
Para generar vapor de agua sobrecalentado, el aparato comprende una unidad 50 de generacion de vapor de agua sobrecalentado, la cual por medio de una llnea de distribution 51, por ejemplo, genera vapor de agua sobrecalentado para la primera unidad 40 de tratamiento con vapor de agua. Correspondientemente, el aparato puede comprender una segunda unidad 60 de tratamiento con vapor de agua, para lo cual la unidad 50 de generacion de vapor de agua sobrecalentado esta dispuesta para proporcionar vapor de agua sobrecalentado via la llnea de distribucion 61, por ejemplo. El lodo tratado en la primera unidad 40 de tratamiento con vapor de agua es transferido a la segunda unidad 60 de tratamiento con vapor de agua por medio de uno o mas medios de transferencia 71, 72 o medios de transferencia similares. En el ejemplo de las Figuras, el medio de transferencia 71 es, por ejemplo, una cinta transportadora tipo pala, y el medio de transferencia 72 es un medio de transferencia tipo tornillo.
Se ha de advertir que no es necesaria ni una tolva receptora 30 separada ni otro medio de recepcion 30 separado sino que el material podrla llevarse directamente o por medio de un transportador, por ejemplo, a la unidad 40 de tratamiento con vapor de agua o una unidad giratoria 60 de tratamiento con vapor de agua similar a un tambor.
En la Figura 2, la unidad 50 de generacion de vapor de agua sobrecalentado se muestra solamente con llneas discontinuas con el fin de no cubrir los puntos de union para la union de la unidad 50 de generacion de vapor de agua, tales como bridas de union 101 y bridas de union 102 a 104. En la Figura 2, la brida de union o el punto de union 101 similar indican el punto de union de la llnea 51 de distribucion de vapor de agua, el cual se muestra mas claramente en la Figura 3, para llevar vapor de agua sobrecalentado a la primera unidad 40 de tratamiento con vapor de agua. Correspondientemente, los numeros de referencia 102 a 104 en la Figura 2 muestran las bridas de union u otros puntos de union correspondientes a los cuales esta unida la llnea de distribucion 61, mucho mas claramente vista en la Figura 3, para llevar vapor de agua sobrecalentado a la segunda unidad 60 de tratamiento con vapor de agua.
En lo que se refiere a la unidad 50 de generacion de vapor de agua sobrecalentado, se ha de advertir que es un aparato que genera una mezcla gaseosa a partir de vapor de agua y gas de combustion de un combustible. El combustible cuya combustion genera el gas de combustion requerido puede ser fueloil ligero, por ejemplo.
Con respecto a las dimensiones, se ha de advertir que la longitud del aparato mostrado en las Figuras 1 a 2 es, por ejemplo, aproximadamente 20 metros, mientras que el diametro de la segunda unidad 60 de tratamiento con vapor de agua, tal como el tambor 60, es aproximadamente 1 metro, por ejemplo. La capacidad del aparato para el tratamiento con vapor de agua sobrecalentado es varios miles de kilogramos por hora.
La invention implica un metodo para producir un fertilizante a partir de un lodo, metodo en el cual el lodo se calienta con vapor sobrecalentado para lograr la higienizacion para destruir los organismos patogenos. En el metodo, el lodo se calienta a una temperatura de 60 a 100°C con vapor de agua sobrecalentado que tiene una temperatura de 200 a 600°C para activar el aumento de la cantidad de carbono soluble en el lodo y reiniciar la biodegradation del lodo usando los microorganismos no patogenos que aun permanecen en el lodo despues del calentamiento, realizandose el tratamiento con vapor de agua sobrecalentado a presion atmosferica normal en una unidad de tratamiento con
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vapor de agua no presurizado, y realizandose el tratamiento con vapor de agua sobrecalentado como un procedimiento tipo continuo en lugar de un procedimiento cerrado tipo discontinuo.
En el tratamiento de lodos, la temperatura del vapor de agua sobrecalentado usado en el calentamiento esta entre 200 y 600°C. Segun las observaciones del solicitante, el intervalo de temperatura de 300 a 600°C, y particularmente 300 a 400°C, es especialmente adecuado en vista del conjunto formado para la viabilidad del metodo, las propiedades del producto final (fertilizante) y la economla termica del metodo.
En el ejemplo de las Figuras, el vapor de agua sobrecalentado se usa tanto en la primera unidad 40 de tratamiento con vapor de agua como en la segunda unidad 60 de tratamiento con vapor de agua.
En el ejemplo de las Figuras, hay dos unidades de tratamiento con vapor de agua que usan vapor de agua sobrecalentado, es decir las unidades 40 y 60, pero la invencion no esta restringida a un numero dado de unidades de tratamiento con vapor de agua. Si se usan dos unidades de tratamiento con vapor de agua de acuerdo con una realizacion mostrada en las Figuras, las unidades son preferiblemente de diferentes tipos, por ejemplo de tal forma que una de ellas es un tambor giratorio. En los ejemplos de las Figuras, la ultima, es decir la segunda unidad 60 de tratamiento con vapor de agua es un tambor giratorio como este, hecho girar por medio de motores 65, por ejemplo, desde la superficie de contacto 66 de la periferia externa del tambor. La fuerza del motor giratorio 65 del tambor 60, es decir la segunda unidad 60 de tratamiento con vapor de agua, se transmite al tambor a traves de, por ejemplo, un sistema de engranajes 67 y un eje 68.
Una unidad tipo tolva o la unidad de tratamiento con vapor de agua indicada por el numero de referencia 40, en la que la gravedad o una parte del aparato condensa el material para que se haga mas denso, es buena en el sentido de que, debido a la densidad del material lodo a purificar, es decir a higienizar, el vapor de agua no puede moverse a traves del material muy facilmente, es decir muy rapidamente, es decir sin emision de calor.
Una unidad 60 de tratamiento con vapor de agua implantada por medio de un tambor giratorio 60 es buena en el sentido de que permite que el material lodo sea purificado, es decir higienizado, entrando en una eficiente interaccion con el vapor de agua sobrecalentado. En otras palabras, el material se encuentra en el tambor lo que podrla llamarse una cortina o tunel de vapor de agua.
Si el aparato tiene solamente una unidad de tratamiento con vapor de agua, en otras palabras si el lodo viaja solamente a traves de una unidad de tratamiento con vapor de agua, la realizacion preferida implica especlficamente un tambor 60, el cual se hace girar, como se menciono.
En una realizacion preferida, el lodo se calienta a una temperatura de 60 a 90°C. Preferiblemente, el metodo es tal que el lodo se trata con vapor de agua sobrecalentado durante 20 a 60 minutos, lo mas preferiblemente durante 20 a 30 minutos.
Durante el tratamiento con vapor de agua sobrecalentado, la humedad del lodo se monitoriza y controla para impedir el secado sustancial del lodo. El metodo es preferiblemente tal que durante el tratamiento con vapor de agua sobrecalentado, la humedad del lodo se monitoriza y controla de tal forma que la humedad cambia en el tratamiento en ± 2 % como maximo para impedir el secado sustancial del lodo.
Uno de los fines del control de la humedad del lodo en el tratamiento con vapor de agua con vapor de agua sobrecalentado es el deseo de impedir que el lodo se seque en tal extension que se convertirla en polvo en etapas posteriores despues del tratamiento con vapor de agua, por ejemplo en una pila al aire libre mientras se encuentra en la etapa de biorredegradacion, o incluso despues, por ejemplo cuando el fertilizante, es decir el producto final del metodo, es transportado o envasado.
Otra razon para controlar las condiciones en el tratamiento con vapor de agua con vapor de agua sobrecalentado es el deseo de mejorar las propiedades como nutriente del producto final, es decir el fertilizante. Por tanto, el metodo es, en una realizacion preferida, tal que la evaporacion de amonlaco que contiene nitrogeno o de otro compuesto nitrogenado generado por el lodo se minimiza manteniendo un nivel de humedad y/o una temperatura durante el tratamiento con vapor de agua sobrecalentado. La humedad se ajusta a un valor suficientemente alto, y la temperatura se ajusta a un valor suficientemente bajo. Esta caracterlstica mejora el contenido de nutrientes del producto final, es decir el fertilizante, porque el nitrogeno es un importante nutriente que el suelo fertilizado es capaz de explotar.
En una realizacion preferida, el metodo es tal que durante el tratamiento con vapor de agua sobrecalentado la humedad del lodo se controla de tal forma que la cantidad de agua a mezclar con el gas de combustion se cambia al generar vapor de agua sobrecalentado.
Con respecto a la unidad 60 de tratamiento con vapor de agua semejante a un tambor, se ha de advertir que el flujo de vapor de agua se dispone en la direccion longitudinal del tambor sustancialmente a traves de todo el tambor de tal forma que en el lado de entrada del vapor de agua, el vapor de agua se lleva por la llnea de distribucion 61, o estructura semejante, al tambor 60, y el vapor de agua se descarga del tambor a, por ejemplo, una camara de sedimentation 80 o a una estructura similar.
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El lodo tratado en el tambor 60 se separa del tambor 60, y el material tratado puede posicionarse sobre el suelo, por ejemplo como una pila en la vecindad del tambor. Alternativamente, el lodo tratado puede ser llevado a otros lugares, en cuyo caso el material tratado obtenido por el lado de salida del tambor 60 se lleva a un transportador 90 y ademas, por ejemplo, se transporta en un camion u otro medio de transporte incluso una larga distancia desde el aparato de tratamiento con vapor de agua.
Por tanto, en una realizacion preferida el metodo es tal que la rebiodegradacion se produce al menos principalmente en otro lugar que en el aparato de tratamiento con vapor de agua que ha realizado el calentamiento del lodo con vapor de agua sobrecalentado. En una realizacion preferida, la biorredegradacion del lodo se produce, es decir se realiza, en una pila u otro monton de formacion al que se ha transportado el lodo desde la unidad de tratamiento con vapor de agua que ha realizado el tratamiento con vapor de agua sobrecalentado.
Con el fin de conocer cuando el fertilizante esta listo, por ejemplo, para su uso directo o para envasar el metodo es preferiblemente tal que el grado de madurez de la biorredegradacion del lodo se monitoriza midiendo las emisiones de gas del lodo. En una realizacion preferida, se miden las emisiones de dioxido de carbono, y lo mas preferiblemente, la velocidad maxima de generacion de dioxido de carbono en la emision de dioxido de carbono es menos que 2 mg/g/dla. En un experimento, se midio una velocidad de generacion de dioxido de carbono de 1,3 mg/g/dla en el estado final despues del tratamiento con vapor de agua y la biorredegradacion.
En una realizacion preferida, la duracion de la biorredegradacion es 1 a 3 meses. Segun las observaciones del solicitante, esto da lugar a un buen equilibrio en vista de la madurez y la eficiencia del fertilizante.
Volviendo al extremo final del tambor 60 de tratamiento con vapor de agua, es decir las estructuras de la salida, se ha de advertir que por ejemplo en la camara de sedimentacion 80 el aparato comprende un filtro 85, tal como una pantalla tipo rejilla, para impedir que las partlculas de la corriente de aire pasen a su traves. Dependiendo de la posicion del controlador 100, el flujo de vapor de agua de salida que ha perdido calor puede separarse del aparato como tal a traves de un canal de descarga 110 o puede separarse a traves de un canal de descarga 130 de tal forma que se quema mediante un quemador posterior 120 que quema los gases que tienen olores perjudiciales. La separacion del flujo de vapor de agua puede ser facilitada por medio de los ventiladores 111 y 131.
Desde la segunda unidad 60 de tratamiento con vapor de agua, es decir el tambor 60, el vapor de agua se separa as! en la camara de sedimentacion 80. Correspondientemente, tambien desde la primera unidad 40 de tratamiento con vapor de agua el vapor de agua se separa en la camara de sedimentacion 80 a traves de un canal de transferencia 88, por ejemplo, el cual se ve en las Figuras 1 a 2.
Se ha de advertir que incluso no es la intencion calentar el lodo, particularmente lodo municipal, lodo agricola o lodo de alcantarillado, es decir lodo de plantas de purificacion, a una temperatura tan alta como la que tiene el vapor de agua sobrecalentado, porque el fin principal es matar a los organismos patogenos del material mientras que se conservan intencionadamente los organismos que son ventajosos para la biorredegradacion y el fertilizante. En el tratamiento de higienizacion llevado a cabo con vapor de agua sobrecalentado, el material a purificar se calienta a una temperatura de 60 a 100°C, la cual es suficientemente alta para matar los organismos patogenos pero suficientemente baja para impedir la esterilizacion del material a purificar. A una temperatura demasiado alta, si el tratamiento es demasiado largo provocarla que el material se esterilizara, incluso si se usara una temperatura que solo es demasiado alta momentaneamente, o si el tiempo es algo corto no provocarla necesariamente la esterilizacion.
Los organismos que se pretenden matar en la higienizacion incluyen enterobacterias, bacterias tipo salmonella, bacterias coliformes, patogenos de las enfermedades de las plantas, malas hierbas, etc. Los organismos que tienen que permanecer en el material tratado, es decir higienizado, en el metodo son los materiales naturales, inocuos, es decir microorganismos no patogenos.
El metodo es, por naturaleza, un metodo microbiologico que utiliza vapor de agua sobrecalentado para producir un fertilizante a partir de un lodo, el cual ya ha sufrido una vez biodegradacion, usando higienizacion por calentamiento generado por vapor de agua sobrecalentado para activar la biorredegradacion que se produce algo mas tarde.
Los experimentos del metodo segun la invencion han dado lugar, por ejemplo, a las siguientes observaciones.
En la disposicion experimental 1, se detecto que la capacidad del tratamiento termico con vapor de agua sobrecalentado, dependiendo de las condiciones (temperatura, velocidad de giro, inclinacion del tambor en la direccion longitudinal), fue 50 a 180 t/h (toneladas, es decir 1000 kg, por hora), siendo el consumo de energla 193 MJ/t (megajulios por tonelada, es decir 1000 kg). Por comparacion, un metodo antiguo, es decir el secado del lodo con aire caliente, dio lugar a una capacidad de 50 a 100 t/h con un consumo de energla cerca de diez veces mayor, aunque el valor superior de la capacidad (100 t/h) fue solamente justo mas de la mitad del valor superior obtenido con el metodo de la invencion (180 t/h), y ademas, una diferencia significativa fue que en el secado convencional con aire seco la perdida de nutrientes utiles para el fertilizante fue considerablemente mayor.
En la disposicion experimental 2, el objeto del tratamiento con vapor de agua sobrecalentado fue lodo que habla sido compostado durante un ano. Antes del tratamiento el numero de enterobacterias (parte de las cuales eran
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patogenas) fue 120000 cfu/g (unidades formadoras de colonias/ g), pero despues del tratamiento el numero estaba por debajo de 10 cfu/g, en otras palabras por debajo de la exactitud de la medida, es decir por debajo del limite de deteccion, siendo el valor legislativo maximo permitido 1000 cfu/g. Asimismo, el numero de bacterias clostridiales podria reducirse a un valor que fue menor que la mitad del anterior, en otras palabras el numero antes del tratamiento fue 5600 cfu/g y el numero despues del tratamiento 2700 cfu/g. Dejando sedimentar el lodo despues del tratamiento con vapor de agua sobrecalentado, por ejemplo durante 24 horas, se redujo el numero de clostridia a la proporcion del 10% del original. El Clostridium es una bacteria esporulante, por lo que perdura mas durante el tratamiento por calentamiento.
Por tanto, el tratamiento en cuestion no es la esterilizacion del lodo sino su higienizacion. Un objeto particular es para destruir posibles patogenos de origen intestinal, es decir salmonella y E. Coli, los cuales pertenecen al grupo de enterobacterias.
En la disposicion experimental 3, el objeto del tratamiento con vapor de agua sobrecalentado fue lodo anaerobio bruto sin tratar obtenido de una planta de purificacion de aguas residuales. Antes del tratamiento, el numero de enterobacterias (parte de las cuales eran patogenas) fue 12000 cfu/g (unidad formadora de colonias/g), mientras que despues del tratamiento con vapor de agua sobrecalentado el numero estaba por debajo de 10 cfu/g, en otras palabras por debajo de la exactitud de la medida, es decir por debajo del limite de deteccion, siendo el valor legislativo maximo permitido 1000 cfu/g.
En la disposicion experimental 3, tambien se disminuyo significativamente el contenido de E. Coli. Antes del tratamiento, el contenido de E. Coli fue 17000 cfu/g (unidad formadora de colonias/g), mientras que despues del tratamiento el numero estaba por debajo de 10 cfu/g, en otras palabras por debajo de la exactitud de la medida, es decir por debajo del limite de deteccion, siendo el valor legislativo maximo permitido 1000 cfu/g
Como en la disposicion experimental 2, tambien en la disposicion experimental 3 el contenido de Clostridium se redujo menos que el contenido de enterobacterias. Antes del tratamiento, el numero de Clostridium fue 7100 cfu/g y despues del tratamiento 1500 cfu/g, en otras palabras el numero se redujo hasta una proporcion de 20%, es decir aproximadamente la quinta parte del original. Sin embargo, dejando sedimentar el lodo durante incluso un tiempo tan corto como 24 horas despues del tratamiento con vapor de agua sobrecalentado el contenido de Clostridium se redujo en la proporcion de 10%, es decir a la decima parte del original.
Con relacion a la disposicion experimental 2 (con el lodo ya compostado), se midio lo siguiente con respecto a las propiedades fisicas y quimicas del lodo.
Tabla 1:
Variable
Antes del tratamiento Despues del tratamiento
Contenido de material seca, % (TS)
57 62
Conductividad (mS/cm)
31 25
pH
7,1 7,4
Cantidad de N-NH4 soluble, es decir nitrogeno amoniacal
493 417
Con relacion a la disposicion experimental 3 (lodo aerobio bruto no tratado), se midio lo siguiente con respecto a las propiedades fisicas y quimicas del lodo.
Tabla 2:
Variable
Antes del tratamiento Despues del tratamiento
Contenido de material seca, % (TS)
26 28
Conductividad (mS/cm)
220 240
pH
8,3 8,3
Cantidad de N-NH4 soluble, es decir nitrogeno amoniacal
3816 3990
La Figura 4 muestra la cantidad de carbono organico soluble. En la mitad izquierda de la Figura 4 el punto de partida es compost basado en lodos, mientras que en el lado derecho de la Figura 4 el punto de partida es estiercol de
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10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
caballo compostado, es decir una mezcla de estiercol de caballo y compost de lodo. Las designaciones en la parte inferior de la Figura 4 indican lo siguiente:
Inicio:
Primer tratamiento: Segundo tratamiento: Tercer tratamiento:
1 hora:
24 horas:
Muestra tomada del material sin tratar
Muestreo despues del primer tratamiento con vapor de agua
Muestreo despues del segundo tratamiento con vapor de agua
Muestra tomada despues del tercer tratamiento con vapor de agua
Muestreo de material que ha sido tratado una vez, realizado una hora despues del tratamiento
Muestreo de material que ha sido tratado una vez, realizado 24 horas despues del tratamiento
En el contexto de la Figura 4 y la Figura 5, el lodo se calienta hasta aproximadamente 80°C. Con referencia a las lecturas de la Figura 4, en cada tratamiento se produjo la solubilizacion de carbono. En otras palabras, el tratamiento con vapor de agua dejando sedimentar el material despues de romper las estructuras biologicas, tales como floculos de lodo, y posiblemente tambien celulas en los materiales. Por ejemplo, puede advertirse que en el caso de compost basado en lodos, la cantidad de carbono organico soluble habla aumentado despues del primer tratamiento con vapor de agua desde un valor de 714 mg/kg hasta un valor de 2009 mg/kg, es decir casi tres veces. La solubilizacion de carbono contribuye al reinicio de la biodegradacion, es decir al compostaje: como resultado del reinicio de la biodegradacion, el enfriamiento del material despues del tratamiento con vapor de agua fue menor debido al calor generado por la biodegradacion. Medida en el material tratado solamente una vez con vapor de agua y dejado sedimentar durante 24 horas, la cantidad de carbono soluble habla, en el caso de compost basado en lodos, aumentado hasta un valor de 1108 mg/kg desde el valor original de 714 mg/kg, es decir hasta al menos por encima de 1,5 veces el original.
Tambien se detecto un aumento de los compuestos hidrocarbonados, los cuales procedlan de la solubilizacion del carbono ilustrada por la Figura 4. Por ejemplo, puede advertirse que en el caso de compost basado en lodos, el numero de compuestos hidrocarbonados habla aumentado despues del primer tratamiento con vapor de agua desde un valor de 30 mg/kg hasta un valor de 98 mg/kg, es decir por encima de tres veces, y con el segundo tratamiento con vapor de agua el valor fue tan alto como 398 mg/kg, es decir aproximadamente 13 veces comparado con la situacion inicial. Medida en el material tratado solamente una vez con vapor de agua y dejado sedimentar durante 24 horas, la cantidad de compuestos hidrocarbonados habla, en el caso de compost basado en lodos, aumentado hasta un valor de 260 mg/kg desde el valor original de 30 mg/kg, es decir hasta casi 9 veces el original.
En vista que los principales nutrientes, lo que sigue trata de nitrogeno soluble. Con referencia a la Figura 5, la solubilizacion de nitrogeno se logro en cada tratamiento. Este es un fenomeno paralelo a un aumento del carbono soluble. Cuando las estructuras biologicas se rompen, tambien se liberan las protelnas intracelulares que contienen nitrogeno. Los tltulos de las barras de la parte inferior de la Figura 5 son como se indico anteriormente en el contexto de la Figura 4. Por ejemplo, en el caso de compost basado en lodos, la cantidad de nitrogeno soluble habla aumentado despues del primer tratamiento con vapor de agua desde un valor de 578 mg/kg hasta un valor de 719 mg/kg, en otras palabras hubo un aumento de casi 25%. Con el segundo tratamiento con vapor de agua, el valor fue tan alto como 873 mg/kg, en otras palabras hubo un aumento de mas que 50%. Medida en el material tratado solamente una vez con vapor de agua y dejado sedimentar durante 24 horas, la cantidad de nitrogeno soluble habla, en el caso de compost basado en lodos, aumentado hasta un valor de 785 mg/kg desde el valor original de 578 mg/kg, en otras palabras hubo un aumento de mas que 35%.
Con respecto a otro nutriente principal soluble, es decir el nitrogeno amoniacal, se observo un aumento de la cantidad. Por ejemplo, en el caso de compost de estiercol de caballo, la cantidad de nitrogeno amoniacal habla aumentado despues del primer tratamiento con vapor de agua desde un valor de 147 mg/kg hasta un valor de 227 mg/kg, en otras palabras hubo un aumento de al menos 50%.
Tambien hubo un aumento de la cantidad de aun otro nutriente principal, es decir fosforo. El aumento del fosforo esta relacionado con el hecho de que los acidos nucleicos intracelulares que contienen fosforo son liberados cuando las estructuras biologicas se rompen. Por ejemplo, en el caso de compost basado en lodos, la cantidad de fosforo habla aumentado despues del primer tratamiento con vapor de agua desde un valor de 103 mg/kg hasta un valor de 191 mg/kg, en otras palabras hubo un aumento de mas que 85%. Con el segundo tratamiento con vapor de agua, el valor fue tan alto como 250 mg/kg, en otras palabras hubo un aumento de mas que 142% comparado con la situacion inicial. Medida en el material tratado solamente una vez con vapor de agua y dejado sedimentar durante 24 horas, la cantidad de fosforo soluble habla, en el caso de compost de lodo, aumentado hasta un valor de 186 mg/kg desde el valor original de 103 mg/kg, en otras palabras hubo un aumento de mas que 80%.
Lo que sigue se relaciona con los elementos solubles traza. La solubilizacion de nutrientes traza tambien se detecto con respecto a los elementos traza, tales como cobre, manganeso, magnesio y calcio. Por ejemplo, en el caso de
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10
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30
compost basado en lodos, la cantidad de calcio soluble habla aumentado despues del primer tratamiento con vapor de agua desde un valor de 105 mg/kg hasta un valor de 238 mg/kg, en otras palabras hubo un aumento de mas que 125%. Medida en el material tratado solamente una vez con vapor de agua y dejado sedimentar durante 24 horas, la cantidad de calcio habla, en el caso de compost de lodo, aumentado hasta un valor de 364 mg/kg desde el valor original de 105 mg/kg, en otras palabras hasta aproximadamente 3,5 veces.
Con referencia a todos los aspectos descritos anteriormente, se obtiene un producto que es bien aplicable como fertilizante.
Con referencia a las disposiciones experimentales 2 a 3, el contenido de materia solida se determino pesandola antes y despues del secado. La conductividad, es decir la suma del contenido de iones solubles, se determino extrayendo las muestras con agua, y la conductividad del extracto se midio con un conductlmetro. Correspondientemente, el pH se determino extrayendo las muestras con agua, y el pH del extracto se midio con un pHImetro. Con referencia a las Figuras 4 a 5, el contenido de enterobacterias se determino de acuerdo con la norma NMKL 144:00. El contenido de Escherichia coli (E. Coli) se determino de acuerdo con la norma NMKL 125:96. El contenido de Clostridium se determino de acuerdo con la norma NMKL 56:95.
Por medio de la invencion, se proporciona un fertilizante que reune los requisitos de la Fertilizer Act (2007) con la clase correcta del tratamiento de lodos.
Por tanto, la invencion se refiere a la solubilizacion de lo que se llama carbono no biodisponible, llevado a cabo con vapor de agua sobrecalentado. Durante el tratamiento con vapor de agua, el carbono no biodisponible, tal como el contenido en los acidos grasos, cambia desde la forma normal no extralble a la forma soluble, en la cual esta de nuevo disponible para los microorganismos.
Por medio del metodo se solubilizan los acidos grasos, diferentes esteroles y otros componentes celulares. Estos componentes estan normalmente biodisponibles en un lodo. La extension de la solubilizacion es incluso mas que 5 g/kg (por kilogramo de materia seca). Este fenomeno esta representado por el aumento de los compuestos organicos extralbles (acidos grasos, diferentes esteroles y otros componentes celulares) en un lodo anaerobio, por ejemplo, en la Tabla 3.
Tabla 3:
Contenido de compuestos organicos extralbles (mg/kg)
Aumento (%)
Lodo bruto anaerobio sin tratar: 30
0
Lodo tratado, 1 min despues del tratamiento: 98
326
Lodo tratado, 60 min despues del tratamiento: 515
1716
La Tabla 4 indica lo mismo en estiercol de caballo tratado con vapor de agua sobrecalentado. Tabla 4:
Contenido de compuestos organicos extralbles (mg/kg)
Aumento (%)
Estiercol de caballo sin tratar: 262
0
Estiercol de caballo tratado, 1 min despues del tratamiento: 397
151
Estiercol de caballo tratado, 60 min despues del tratamiento: 721
275
El mismo fenomeno puede verse en las Tablas 5 y 6 para COD (carbono organico disuelto). Tabla 5:
COD (mg/kg)
Aumento (%)
Lodo bruto anaerobio sin tratar: 45
0
Lodo tratado, 1 min despues del tratamiento: 124
275
Tabla 6:
COD (mg/kg)
Aumento (%)
Estiercol de caballo sin tratar: 12
0
Estiercol de caballo, 1 min despues del tratamiento: 94
783
Asl, la invencion se refiere a un metodo para producir un fertilizante a partir de un lodo que ya ha sido biodegradado una vez. El metodo comprende calentar el lodo biodegradado con vapor de agua sobrecalentado y a continuacion 5 aumentar la cantidad de carbono soluble, despues de lo cual se inicia la biorredegradacion.
Aunque la invencion ha sido descrita anteriormente con referencia al ejemplo de los dibujos adjuntos, es obvio que la invencion no esta restringida al mismo sino que puede variar en una pluralidad de vlas dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (18)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    40
    45
    50
    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo para producir un fertilizante a partir de lodo, metodo en el cual el lodo se calienta con vapor sobrecalentado para lograr la higienizacion para destruir microorganismos patogenos, caracterizado porque el lodo se calienta hasta una temperatura de 60 a 100°C con vapor de agua sobrecalentado, el cual es una mezcla gaseosa de vapor de agua y gas de combustion de un combustible, teniendo el vapor de agua sobrecalentado una temperatura de 200 a 600°C para activar el aumento de la cantidad de carbono soluble en el lodo y reiniciar la biodegradacion del lodo usando los microorganismos no patogenos que aun permanecen en el lodo despues del calentamiento, realizandose el tratamiento con vapor de agua sobrecalentado a presion atmosferica normal en una unidad de tratamiento con vapor de agua no presurizado, y realizandose el tratamiento con vapor de agua sobrecalentado como un procedimiento tipo continuo en lugar de un procedimiento cerrado tipo discontinuo.
  2. 2. Un metodo segun la reivindicacion 1, caracterizado porque el lodo que se calienta hasta una temperatura de 60 a 90°C.
  3. 3. Un metodo segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado porque el lodo es tratado con vapor de agua sobrecalentado durante 20 a 60 minutos.
  4. 4. Un metodo segun la reivindicacion 3, caracterizado porque el lodo es tratado con vapor de agua
    sobrecalentado durante 20 a 30 minutos.
  5. 5. Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 4, caracterizado por monitorizar y controlar la humedad del lodo durante el tratamiento con vapor de agua sobrecalentado para impedir el secado sustancial del lodo.
  6. 6. Un metodo segun la reivindicacion 5, caracterizado por monitorizar y controlar la humedad del lodo durante el tratamiento con vapor de agua sobrecalentado de tal forma que la humedad del material cambia en el tratamiento en ± 2% como maximo para impedir el secado sustancial del lodo.
  7. 7. Un metodo segun la reivindicacion 5 o 6, caracterizado por controlar la humedad del lodo durante el tratamiento con vapor de agua sobrecalentado de tal forma que la cantidad de agua a mezclar con el gas de combustion se cambia al generar vapor de agua sobrecalentado.
  8. 8. Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 7, caracterizado por minimizar la
    evaporation de amonlaco que contiene nitrogeno o de otro compuesto nitrogenado generado por el lodo manteniendo un valor de humedad y/o una temperatura durante el tratamiento con vapor de agua
    sobrecalentado.
  9. 9. Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 8, caracterizado porque el lodo se calienta con vapor de agua sobrecalentado que tiene una temperatura de 300 a 600°C.
  10. 10. Un metodo segun la reivindicacion 9, caracterizado porque el lodo se calienta con vapor de agua
    sobrecalentado que tiene una temperatura de 300 a 400°C.
  11. 11. Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 10, caracterizado porque el lodo a tratar es uno de los siguientes: lodo municipal, lodo agricola, lodo de alcantarillado, es decir lodo de plantas de purification.
  12. 12. Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 11, caracterizado porque el tratamiento de lodos con vapor de agua sobrecalentado se realiza con un aparato de tratamiento con vapor de agua que comprende al menos una unidad de tratamiento con vapor de agua dispuesta para usar vapor de agua sobrecalentado y al que se lleva el material a tratar.
  13. 13. Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 12, caracterizado por realizar el
    metodo con un aparato de tratamiento con vapor de agua que comprende una primera y una segunda unidad
    de tratamiento con vapor de agua dispuestas para usar vapor de agua sobrecalentado, y por transferir el
    material tratado en la primera unidad de tratamiento con vapor de agua a la segunda unidad de tratamiento con
    vapor de agua.
  14. 14. Un metodo segun la reivindicacion 12, caracterizado por llevar lodo al tratamiento durante el tratamiento con vapor de agua sobrecalentado en un procedimiento tipo continuo, y separar lodo del tratamiento con vapor de agua sobrecalentado.
  15. 15. Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 14, caracterizado por monitorizar, despues del tratamiento con vapor de agua sobrecalentado durante la biorredegradacion del lodo, el grado de madurez de la biodegradacion del lodo.
  16. 17.
    Un metodo segun la reivindicacion biorredegradacion del lodo midiendo las
    Un metodo segun la reivindicacion biorredegradacion del lodo midiendo las
    15, caracterizado por monitorizar el grado de madurez de la emisiones gaseosas del lodo.
    15, caracterizado por monitorizar el grado de madurez de la emisiones de dioxido de carbono del lodo.
    5 18. Un metodo segun la reivindicacion 12 o 14, caracterizado porque la biorredegradacion del lodo se produce en
    otro lugar que en el aparato de tratamiento con vapor de agua que ha realizado el calentamiento del lodo con vapor de agua sobrecalentado.
    10
  17. 19. Un metodo segun la reivindicacion 18, caracterizado porque la biorredegradacion del lodo se produce en una pila u otro monton o formacion a la que se ha llevado el lodo desde la unidad de tratamiento con vapor de agua que ha realizado el tratamiento con vapor de agua sobrecalentado.
  18. 20.
    Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 19, caracterizado porque la duracion de la biorredegradacion es 1 a 3 meses.
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