ES2969098T3 - Procedimiento y aparato para tratar lodo de estiércol - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a un método para tratar lodos de estiércol que comprende las etapas de: proporcionar lodos de estiércol; someter el lodo de estiércol a separación para proporcionar una primera fracción seca y una primera fracción líquida; añadir una sal metálica a la primera fracción líquida para proporcionar una primera fracción líquida que contiene sal metálica; someter la primera fracción líquida que contiene sales metálicas a una primera centrifugación para proporcionar una segunda fracción seca y una segunda fracción líquida; conducir la primera fracción seca y la segunda fracción seca a un reactor de digestión anaeróbica para proporcionar un digestato y biogás; someter el digestato a una segunda centrifugación para proporcionar una tercera fracción líquida y una tercera fracción seca; recuperar la tercera fracción seca; someter la segunda fracción líquida y la tercera fracción líquida a clarificación seleccionada de al menos uno de ultrafiltración y flotación para proporcionar una fracción líquida clarificada; someter la fracción líquida clarificada a una o más etapas de filtración por ósmosis inversa (RO) para proporcionar un retenido de RO y un permeado de RO; recuperar el retenido de RO. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento y aparato para tratar lodo de estiércol
Campo de la invención
La presente invención se refiere a tecnologías agrícolas y de separación. Más particularmente, la invención se refiere al tratamiento de lodo de estiércol mediante tecnologías de separación.
Antecedentes de la invención
El lodo de estiércol de las granjas lecheras y porcinas se esparce ampliamente en los campos como fertilizante. Sin embargo, existen factores que restringen el uso eficiente del lodo como fertilizante. Por ejemplo, el contenido de materia seca es bajo, normalmente menos del 10 % en peso, lo que impide su transporte a distancias más largas. Además, el lodo contiene tanto nitrógeno como fosfato, lo que complica su uso debido a las normas medioambientales. En muchos casos sólo se necesita nitrógeno y el contenido de fosfato del lodo impide su uso más amplio. En algunos casos, el contenido de nitrógeno del lodo impide su utilización como fertilizante de fosfato. Otro problema del lodo de estiércol es que una porción del nitrógeno se pierde en forma de amoníaco a la atmósfera y aproximadamente la mitad de la cantidad de nitrógeno está tan estrechamente unida a la fibra que no es fácilmente útil para las plantas.
El documento WO 2018/046799 A1 da a conocer un procedimiento y un aparato para tratar lodo de estiércol que comprende las etapas sucesivas de separación, centrifugación y filtración por ósmosis inversa, mediante las cuales la mayor parte del fósforo y aproximadamente la mitad del nitrógeno presentes en el lodo se recuperan en las fracciones secas obtenidas mediante el procedimiento. La otra mitad del nitrógeno y una pequeña porción del fósforo se recuperan en las fracciones líquidas.
Se sabe que el lodo de estiércol puede digerirse anaeróbicamente para producir energía a través de la producción de biogás.
También se sabe que en las plantas de tratamiento de aguas residuales se usan sulfato férrico y algunas otras sales ferrosas y de aluminio para precipitar el fósforo. En las plantas de tratamiento de aguas residuales aeróbicas también suelen añadirse al agua polímeros de floculación para mejorar la separación del lodo en una centrífuga decantadora.
Todavía existe la necesidad de una separación más mejorada del fósforo y el nitrógeno del lodo de estiércol, por un lado, y entre sí en diferentes fracciones, por otro lado.
Ahora se ha hallado un procedimiento mejorado para tratar lodo de estiércol en el que el fósforo y el nitrógeno se separan de manera eficiente entre sí en diferentes fracciones, mediante lo cual dichas fracciones pueden usarse apropiadamente como fertilizantes de fósforo y nitrógeno, respectivamente. Al mismo tiempo, se produce energía a partir del lodo.
Brece descripción de la invención
Un objeto de la presente invención es proporcionar un método para tratar lodo de estiércol que comprende las etapas de:
• proporcionar lodo de estiércol,
• someter el lodo de estiércol a separación para proporcionar una primera fracción seca y una primera fracción líquida,
• añadir una sal de metal a la primera fracción líquida para proporcionar una primera fracción líquida que contiene sal de metal,
• someter la primera fracción líquida que contiene sal de metal a una primera centrifugación para proporcionar una segunda fracción seca y una segunda fracción líquida,
• conducir la primera fracción seca y la segunda fracción seca a un reactor de digestión anaeróbica para proporcionar un digestato y biogás,
• someter el digestato a una segunda centrifugación para proporcionar una tercera fracción líquida y una tercera fracción seca,
• recuperar la tercera fracción seca,
• someter la segunda fracción líquida y la tercera fracción líquida a clarificación seleccionada de al menos una de ultrafiltración y flotación para proporcionar una fracción líquida clarificada,
• someter la fracción líquida clarificada a una o más etapas de filtración por ósmosis inversa (RO) para proporcionar un retenido por RO y un permeado por RO,
• recuperar el retenido por RO.
La invención proporciona además un método en el que el fósforo y el nitrógeno presentes en el lodo de estiércol se separan de manera eficiente en fracciones diferentes. Se halló sorprendentemente que la digestión anaeróbica de un material seco retirado del lodo de estiércol mediante el método de la invención convierte de manera eficiente hasta el 50 % del nitrógeno unido en el lodo en una forma soluble. Por tanto, llevando a cabo el método, se recupera principalmente fósforo en las fracciones secas obtenidas en el método mientras que se convierte una porción significativa de nitrógeno presente en el lodo y se recupera como una forma más soluble en la fracción líquida. Esto proporciona un uso eficiente tanto del fósforo como del nitrógeno como fertilizantes de una manera apropiada.
La invención también proporciona un método que produce una alta cantidad de una fracción acuosa con una demanda química de oxígeno (DQO) finalmente baja y bajo contenido de nitrógeno y fósforo.
La invención todavía proporciona adicionalmente un método que produce una fracción líquida que contiene una cantidad alta de nitrógeno soluble, pero está sustancialmente libre de fósforo.
Otro objeto de la invención es proporcionar un aparato para tratar lodo de estiércol que comprende los medios para implementar el método de la presente invención, tal como se define en la reivindicación 12.
En un aspecto, la invención proporciona el uso del aparato de la invención en el método de la invención.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 muestra una realización del método de la invención;
La figura 2 muestra una realización del aparato de la invención.
Descripción detallada de la invención
Un objeto de la presente invención es proporcionar un método para tratar lodo de estiércol que comprende las etapas de:
• proporcionar lodo de estiércol,
• someter el lodo de estiércol a separación para proporcionar una primera fracción seca y una primera fracción líquida,
• añadir una sal de metal a la primera fracción líquida para proporcionar una primera fracción líquida que contiene sal de metal,
• someter la primera fracción líquida que contiene sal de metal a una primera centrifugación para proporcionar una segunda fracción seca y una segunda fracción líquida,
• conducir la primera fracción seca y la segunda fracción seca a un reactor de digestión anaeróbica para proporcionar un digestato y biogás,
• someter el digestato a una segunda centrifugación para proporcionar una tercera fracción líquida y una tercera fracción seca,
• recuperar la tercera fracción seca,
• someter la segunda fracción líquida y la tercera fracción líquida a clarificación seleccionada de al menos una de ultrafiltración y flotación para proporcionar una fracción líquida clarificada,
• someter la fracción líquida clarificada a una o más etapas de filtración por ósmosis inversa (RO) para proporcionar un retenido por RO y un permeado por RO,
• recuperar el retenido por RO.
El lodo de estiércol usado en el método de la invención puede proceder de cualquier animal. Normalmente, el lodo de estiércol procede de ganado vacuno o porcino.
En el método de la invención, el lodo de estiércol se trata normalmente a su temperatura natural. La temperatura es normalmente de entre 2 °C y 20 °C. Si es apropiado, el método puede comprender una etapa de calentamiento o una etapa de enfriamiento en cualquier etapa durante el método para mejorar la separación de los nutrientes.
La figura 1 ilustra una realización del método de la invención. Las líneas discontinuas indican realizaciones opcionales de la invención. Las fracciones escritas en cursiva representan productos finales que pueden usarse como preparados que contienen nutrientes listos para su uso como, por ejemplo, fertilizantes.
El contenido de materia seca del lodo de estiércol a tratar está normalmente en el intervalo de aproximadamente el 1 % en peso a aproximadamente el 15 % en peso. La demanda química de oxígeno del lodo de estiércol suele ser >15000 mg de O2/l. El nitrógeno, el fósforo y el potasio en el lodo de estiércol suelen estar presentes en una razón de N:P:K de 3-10:1:3-10.
En el método, el lodo de estiércol se somete a una etapa de separación para eliminar los sólidos más gruesos del lodo. Puede usarse cualquier dispositivo que proporcione separación de materia sólida a partir de un líquido. Por ejemplo, la separación puede llevarse a cabo mediante filtración, centrifugación, tamizado opcionalmente usando presión o con separadores mecánicos, que incluyen un filtro de tambor, una prensa de husillo o un filtro de disco. La separación también puede realizarse presionando el estiércol a través de una gasa. En una realización, la separación se realiza con una prensa de husillo. La separación proporciona de aproximadamente el 15 % en peso a aproximadamente el 35 % en peso de una primera fracción seca y de aproximadamente el 65 % en peso a aproximadamente el 85 % en peso de una primera fracción líquida basado en el peso del lodo de estiércol alimentado. El contenido de materia seca de la primera fracción seca es de aproximadamente el 15 % en peso a aproximadamente el 35 % en peso. En una realización, el contenido de materia seca de la primera fracción seca es de aproximadamente el 30 % en peso.
El contenido de materia seca de la primera fracción líquida es de aproximadamente el 1,5 % en peso a aproximadamente el 5 % en peso.
La etapa de separación puede mejorarse mediante lavado mediante lo cual se aumenta la transferencia de minerales y/o nutrientes solubles de la materia seca a la fracción líquida. El lavado puede llevarse a cabo usando una o más fracciones líquidas que se obtiene en las etapas posteriores del t método de la invención.
Además del lavado o alternativamente, pueden añadirse aditivos en la etapa de separación para mejorar la separación de materia sólida, minerales y/o nutrientes.
Antes de la etapa de separación, puede mezclarse el lodo de estiércol para proporcionar lodo de estiércol mezclado. El mezclado de lodo de estiércol proporciona condiciones operativas más estables durante el procedimiento. Es adecuado cualquier dispositivo de mezclado que produzca una masa bastante homogénea de lodo de estiércol, que luego se conduce adicionalmente a la etapa de separación.
La fracción líquida procedente de la separación, es decir, la primera fracción líquida, se conduce a una primera centrifugación para deshidratar la fracción líquida. Centrifugación significa en el presente documento un procedimiento que usa un dispositivo, es decir, una centrífuga, que emplea una alta velocidad de rotación para separar componentes de densidades diferente densidades. En una realización, la velocidad del tambor de la centrífuga está en el intervalo de 2000 a 5000 rpm. En otra realización, la velocidad diferencial de la centrífuga está en el intervalo de 0 a 20 rpm. En una realización, la primera centrifugación se lleva a cabo con una centrífuga decantadora.
Antes de la primera centrifugación se añade una sal de metal a la primera fracción líquida para mejorar la capacidad de deshidratación de la centrífuga a través de la mejora de la formación de fase sólida en la primera fracción líquida, y para mejorar la separación y la precipitación de fósforo de la fracción líquida. Parte del fósforo en el lodo de estiércol es poco soluble en agua y ya está unido a la materia sólida del lodo. Por tanto, una parte del fósforo sigue a las fracciones secas al reactor de digestión. Sin embargo, una parte del fósforo se disuelve en la fase líquida del lodo. Antes de la primera etapa de centrifugación la sal de metal añadida precipita el fósforo disuelto y el depósito de fósforo acaba en la segunda fracción seca y después de eso en el reactor de digestión anaeróbica.
En una realización, la sal de metal es una sal inorgánica de un metal trivalente. En otra realización, la sal de metal es una sal inorgánica de un metal trivalente, tal como hierro, aluminio o cromo. En una realización adicional, la sal de metal es sulfato férrico. También pueden usarse mezclas de dichas sales de metal.
En una realización, la sal inorgánica que mejora la formación de la segunda fracción seca a partir de la primera fracción líquida es cloruro férrico o sulfato férrico o una mezcla de los mismos. El cloruro férrico y/o el sulfato férrico son especialmente adecuados para precipitar el fósforo.
En una realización, la(s) sal(es) de metal se añade(n) en la cantidad de 0,01 a 5,0 kg/kg de sólidos totales de la primera fracción líquida. En una realización, la(s) sal(es) de metal se añade(n) en la cantidad de 5,0 kg/t de la primera fracción líquida. En una realización, la cantidad de sulfato férrico es de aproximadamente 5,0 kg/t de la primera fracción líquida.
En una realización, se añade un agente de floculación a la primera fracción líquida antes de la primera centrifugación. El agente de floculación es normalmente un polímero catiónico, aniónico o no iónico. Según una realización de la invención, el floculante polimérico es un polímero altamente ramificado de cadena larga altamente catiónico. En una realización, el agente de floculación se añade en la cantidad de 0,01 a 5,0 kg/kg de sólidos totales de la primera fracción líquida. En otra realización, la cantidad del agente de floculación es de aproximadamente 0,5 kg/t de la primera fracción líquida.
En una realización, se añade tanto una sal de metal trivalente como un floculante polimérico a la primera fracción líquida.
Pueden usarse mezcladoras dinámicas o estáticas para mejorar el mezclado de la fracción líquida y el/los producto(s) químico(s).
La centrifugación de la primera fracción líquida, es decir, la primera centrifugación, proporciona de aproximadamente el 10 % en peso a aproximadamente el 20 % en peso de una segunda fracción seca y de aproximadamente el 80 % en peso a aproximadamente el 90 % en peso de una segunda fracción líquida basado en la alimentación sometida a la primera centrifugación. La cantidad de la segunda fracción seca de la centrifugación corresponde a de aproximadamente el 5 % en peso a aproximadamente el 15 % en peso basado en la cantidad total del lodo de estiércol de partida.
El contenido de materia seca de la segunda fracción seca y el de la segunda fracción líquida obtenida de la primera centrifugación es de aproximadamente el 15 % en peso a aproximadamente el 25 % en peso, y de aproximadamente el 0,1 % en peso a aproximadamente el 2,0 % en peso, respectivamente. En una realización, el contenido de materia seca de la segunda fracción seca es de aproximadamente el 20 % en peso.
La primera fracción seca y la segunda fracción seca obtenidas de la separación y la primera centrifugación, respectivamente, se transfieren a un reactor de digestión anaeróbica. En una realización, la primera fracción seca forma aproximadamente el 75 % y la segunda fracción seca aproximadamente 25 % de la alimentación a la digestión. En una realización, el contenido de materia seca de la primera fracción seca y la segunda fracción seca es de aproximadamente el 15 % en peso a aproximadamente el 35 % en peso y del 15 % en peso a aproximadamente el 25 % en peso, respectivamente. En otra realización, el contenido de materia seca de la primera fracción seca y la segunda fracción seca es de aproximadamente el 30 % en peso y aproximadamente el 20 % en peso, respectivamente. En una realización, el contenido de materia seca de la primera fracción seca y la segunda fracción seca combinadas está en el intervalo de aproximadamente el 15 % en peso a aproximadamente el 35 % en peso. En otra realización, el contenido de materia seca de la primera fracción seca y la segunda fracción seca combinadas es de aproximadamente el 28 % en peso. La digestión anaeróbica de dicho material seco produce biogás y proporciona un residuo líquido, es decir, un digestato. La digestión anaeróbica convierte de manera eficiente el nitrógeno presente en las fracciones secas combinadas en nitrógeno soluble que se recupera finalmente en el retenido por ósmosis inversa obtenido en el método.
La temperatura del reactor de digestión anaeróbica se ajusta a un nivel que es adecuado para microbios mesófilos o termófilos. Para microbios mesófilos, la temperatura es normalmente de entre 33 °C y 35 °C. Para microbios termófilos, la temperatura es normalmente de desde 55 °C hasta 60 °C, o más.
Aproximadamente el 1 % en peso de la alimentación de lodo de estiércol se convierte en biogás.
El digestato del reactor de digestión anaeróbica se somete a una centrifugación, “una segunda centrifugación”, para proporcionar una tercera fracción líquida y una tercera fracción seca. La segunda centrifugación puede llevarse a cabo con el mismo dispositivo y en las mismas condiciones que la primera centrifugación descrita anteriormente. En una realización, la velocidad del tambor de la segunda centrífuga está en el intervalo de 2000 a 5000 rpm. En otra realización, la velocidad diferencial de la segunda centrífuga está en el intervalo de 0 a 20 rpm. En una realización, la segunda centrifugación se lleva a cabo con una centrífuga decantadora.
El contenido de materia seca de la tercera fracción seca es de aproximadamente el 25 % en peso a aproximadamente el 35 % en peso. La razón N:P:K de la tercera fracción seca está en el intervalo de 1 -3:1: 1 -2. La segunda centrifugación proporciona una fracción seca que tiene un alto contenido de fósforo, pero un bajo contenido de nitrógeno soluble. Por tanto, la tercera fracción seca es bien adecuado para su uso como fertilizante rico en fósforo, por ejemplo, en agricultura. Puede esparcirse en los campos y en el suelo. Normalmente, se esparce fertilizante de fósforo en los campos una vez en un periodo de tres años, especialmente antes de la temporada de cultivo.
La tercera fracción seca también es un material de partida adecuado para productos fertilizantes granulados. La tercera fracción líquida se recircula a la segunda fracción líquida.
Las fracciones líquidas segunda y tercera obtenidas de las centrifugaciones se someten adicionalmente a una etapa de clarificación para clarificar adicionalmente las fracciones líquidas. En una realización, la etapa de clarificación se selecciona de ultrafiltración y/o flotación. La etapa de clarificación proporciona una fracción sólida y una fracción líquida clarificada. La fracción sólida es normalmente lodo con un contenido de sólidos aumentado en comparación con la alimentación en la unidad de clarificación. La fracción sólida de la etapa de clarificación puede someterse a digestión anaeróbica y dirigirse al reactor de digestión anaeróbica en la planta.
En una realización, la flotación es un tipo de flotación por aire disuelto. La flotación por aire disuelto se lleva a cabo de una manera convencionalmente conocida por el experto en la técnica. La ultrafiltración y/o la flotación todavía disminuye el contenido de materia seca de las fracciones líquidas segunda y tercera combinadas. En una realización, la clarificación se lleva a cabo mediante ultrafiltración. El tamaño de poro de la membrana de ultrafiltración está normalmente en el intervalo de 0,02 a 0,1 |im. En una realización, el tamaño de poro es de 0,08 |im.
La fracción líquida clarificada luego se somete a una o más filtraciones por ósmosis inversa (RO) secuenciales para retirar todavía materia seca de la fracción líquida y para reducir el valor de DQO de la misma. Cuando se lleva a cabo una pluralidad de etapas de filtración por RO, en cada etapa de filtración la alimentación es la fracción de permeado obtenida a partir de la etapa de filtración por RO anterior. En una realización, el método de invención implica dos etapas de filtración por RO.
En la filtración por ósmosis inversa, la fracción líquida clarificada se concentra mientras se elimina el agua. La ósmosis inversa proporciona un retenido, que es un concentrado, que es una fracción retenida anteriormente en la membrana, y un permeado que es una fracción que ha pasado a través de la membrana. Se recupera de manera apropiada nitrógeno soluble en el retenido por RO. Por tanto, el retenido por RO rico en nitrógeno soluble es bien adecuado como fertilizante de nitrógeno líquido.
El retenido por RO producido según el método de la invención se esparce preferiblemente spread en el campo después de la cosecha. El retenido por RO también es un material de partida adecuado para la separación de amonio, donde el nitrógeno precipita como sulfato de amonio. El retenido por RO también es adecuado para la evaporación para concentrar el contenido de nitrógeno en el retenido.
Cuando el permeado por RO se reconcentra adicionalmente mediante una segunda filtración por RO, se obtiene una segunda fracción de permeado por RO que está sustancialmente libre de materia seca y nutrientes y es agua pura. Por tanto, la fracción de permeado puede conducirse a la naturaleza o usarse como agua de lavado, así como agua para beber para los animales.
En la primera etapa de filtración por RO, se usa un factor de concentración de volumen (VCF) de 5 a 15. El factor de concentración de volumen es la razón del volumen de disolución inicial con respecto al volumen de disolución final. En una realización el VCF es de 10. En las etapas posteriores de filtración por RO, se usa un VCF de 10 a 80. En una realización, el VCF es de 50 en dichas etapas adicionales de filtración por RO.
En una realización, la fracción líquida obtenida a partir de la clarificación se somete como alimentación a dos etapas sucesivas de filtración por RO en las que el permeado obtenido a partir de la primera filtración por RO se somete a una segunda filtración por RO. El retenido de la segunda etapa y etapas posteriores de filtración por RO se alimenta a la primera etapa de filtración por RO junto con la alimentación de la fracción líquida, o se mezcla con el retenido obtenido en la primera etapa de filtración por RO. El contenido de materia seca del retenido obtenido después de las primeras etapas de filtración por RO, que incluye opcionalmente uno o más retenidos procedentes de las etapas de filtración por RO posteriores, es de aproximadamente el 1 % en peso a aproximadamente el 15 % en peso. La razón N:P:K del retenido obtenido después de la primera etapa de filtración por RO, que incluye opcionalmente uno o más retenidos procedente de las etapas de filtración por RO posteriores, está en el intervalo de 5000 - 10000:1:10000 - 20000.
El contenido de materia seca del permeado después de una o más etapas de filtración por RO es <0,5 % en peso. El permeado es principalmente agua. La dQo de este permeado es <15 mg de O2/l. La alimentación inicial para la etapa de RO, que es la fracción líquida desde la clarificación, se divide en la una o más etapas de filtración por RO de modo que se forman aproximadamente el 10 % en peso de retenido y aproximadamente el 90 % en peso de permeado de la fracción líquida clarificada.
El método de la invención descrito anteriormente, que incluye una o más etapas sucesivas de filtración por RO, reduce la cantidad total de la fracción rica en nutrientes hasta aproximadamente un 30 % en peso de la cantidad original, mientras que hasta aproximadamente un 70 % en peso se procesa para obtener agua pura. Por ejemplo, cuando se procesan 10000 kg de lodo de estiércol, 3100 kg de estiércol seco (31 % en peso) de las etapas de separación y centrifugación juntas, se producen 700 kg de fertilizante líquido (7 % en peso) obtenido como retenido por ósmosis inversa y 6200 kg de agua pura (62 % en peso) obtenida como permeado después de dos etapas de ósmosis inversa. Sin embargo, este resultado es indicativo y puede variar en función de la composición del lodo de estiércol y de las composiciones buscadas de las distintas fracciones obtenidas en el método. Además, el uso de productos químicos deshidratantes, es decir, las sales de metal descritas anteriormente, tiene un efecto sobre el resultado global logrado por el método.
Los porcentajes típicos en peso de las diversas fracciones obtenidas a partir del lodo de estiércol mediante el método de la invención se describen en la tabla 1 a continuación. Las proporciones de las diversas fracciones y el contenido de materia seca de las mismas varía con la composición del lodo de estiércol. “1a fracción seca” significa la fracción seca procedente de la etapa de separación. “2a fracción seca” significa la fracción seca procedente de la primera etapa de centrifugación. “3a fracción seca” significa la fracción seca procedente de la segunda etapa de centrifugación. “retenido por RO I” significa el retenido por RO procedente de la primera etapa de filtración por ósmosis inversa.
Tabla 1
La tabla 1 muestra que fósforo se recupera ampliamente en la 3a fracción seca mientras que el nitrógeno se recupera ampliamente en el retenido por RO.
Cuando el lodo de estiércol se trata mediante el método de la invención, al menos el 75 % en peso de la cantidad total de nitrógeno presente en el lodo de estiércol se recupera como nitrógeno soluble en el retenido por RO. Además, al menos el 99 % en peso de la cantidad total de fósforo presente en el lodo de estiércol se recupera en la 3a fracción seca.
El método de la invención puede ser un procedimiento continuo o un procedimiento discontinuo.
También se da a conocer, pero no se reivindica, un aparato para tratar lodo de estiércol que comprende:
• una unidad separadora para separar el lodo de estiércol en una primera fracción seca y una primera fracción líquida,
• una primera centrífuga para separar la primera fracción líquida que contiene sal de metal para proporcionar una segunda fracción seca y una segunda fracción líquida,
• un reactor de digestión anaeróbica para proporcionar un digestato y biogás a partir de la primera fracción seca y la segunda fracción seca combinadas,
• una segunda centrífuga para separar el digestato para proporcionar una tercera fracción líquida y una tercera fracción seca,
• una unidad de clarificación para clarificar la segunda fracción líquida y la tercera fracción líquida,
• una o más unidades de filtración por ósmosis inversa para concentrar la fracción líquida clarificada para proporcionar un retenido por RO y un permeado por RO.
En una realización, la unidad de clarificación comprende una unidad de ultrafiltración y/o una unidad de flotación. En una realización, la unidad de flotación es una unidad de flotación por aire disuelto.
Una realización del aparato de la invención se ilustra en la figura 2. Las líneas discontinuas indican realizaciones opcionales de la invención. En la figura 2, la unidad de clarificación es una unidad de ultrafiltración. En una realización, el aparato incluye dos unidades de ósmosis inversa.
En una realización, el aparato comprende una unidad de mezclado aguas arriba de la unidad separadora para proporcionar lodo de estiércol bastante homogéneo.
En un aspecto, la invención proporciona el uso del aparato de invención en el método de la invención.
El siguiente ejemplo se presenta para la ilustración adicional de la invención sin limitarse la invención al mismo. Ejemplo
Se procesaron 1000 m3 de lodo de estiércol de vaca líquido que tenía un contenido de materia seca (DM) del 8 % en peso mediante una prensa de husillo (EYS SP600, tamaño de malla: 0,5 mm), lo que dio como resultado dos fracciones: 250 toneladas métricas de una fracción seca (“1a fracción seca”; 21 % en peso de DM) y 750 m3 de una fracción líquida (3 % en peso de DM).
Se bombeó la fracción líquida a una centrífuga decantadora (Andritz Separation, modelo D5L, velocidad del tambor: 3200 rpm, velocidad diferencial: 3,9 rpm, par motor: 55 % en peso, profundidad del estanque: 272 mm) que eliminó aún más los sólidos suspendidos. Antes de someter la fracción líquida a la centrífuga, se añadieron sulfato de hierro(III), Fe2(SO4)3 (PIX-105; Kemira Ltd), y un agente floculante (Zetag®, BASF) a la fracción líquida para mejorar la separación de la materia seca de la fracción líquida. La cantidad añadida de Fe2(SO4)3 fue de 5 kg/t de la fracción líquida. La cantidad añadida del agente floculante fue de 0,5 kg/t de la fracción líquida. La centrifugación mediante la centrífuga decantadora dio como resultado dos fracciones: una fracción líquida (“2a fracción líquida”) y una fracción seca (“2a fracción seca”). Después de la centrifugación, el contenido de materia seca de la fracción líquida y la fracción seca fueron de menos del 1 % en peso y el 18 % en peso, respectivamente.
La fracción seca de la separación (“1a fracción seca”) y la fracción seca de la centrifugación (“2a fracción seca”) se combinan y se someten a un reactor de digestión anaeróbica ajustado a 55 °C. La digestión de la fracción seca proporcionó biogás y un digestato (una fracción líquida) que se sometió a centrifugación. La centrifugación se llevó a cabo con la centrífuga decantadora descrita anteriormente. La centrifugación proporcionó dos fracciones, es decir, una fracción líquida y una fracción seca (“3a fracción seca”).
La 3a fracción líquida se recirculó a la 2a fracción líquida.
La 2a fracción líquida y la 3a fracción líquida combinadas se clarificaron adicionalmente con una planta de ultrafiltración (UF) para proporcionar un permeado de ultrafiltración. El permeado de ultrafiltración se bombeó a una planta de ósmosis inversa (RO) (membranas de DOW Filmtec SW30). En la RO, se usó un factor de concentración de volumen de 10 que produjo 76 m3 de retenido (“retenido por RO”) y 684 m3 de permeado. El contenido de DM de estas fracciones fue del 10 % en peso y menos del 0,1 % en peso, respectivamente.
Para purificar aún más el permeado por RO, se volvió a filtrar en la planta de RO (membranas DOW Filmtec SW30) con un factor de concentración de volumen de 50, lo que nuevamente dio como resultado dos fracciones: 14 m3 de retenido y 670 m3 de permeado (“agua pura”). El contenido de DM del retenido fue del 5 % en peso. La demanda química de oxígeno (DQO) del permeado fue sólo de 15 mg de O2/l.
Se muestran en la tabla 2 las composiciones de las fracciones obtenidas anteriormente. Los valores porcentuales se dan en peso y se calculan a partir de la cantidad total de entrada.
Tabla 2
Los resultados proporcionados en la tabla 2 muestran que porciones significativas de nitrógeno y fósforo se recuperan del lodo de estiércol en diferentes fracciones, es decir, en el retenido por ósmosis inversa y la 3a fracción seca, respectivamente. La tabla 2 también muestra que una porción significativa del nitrógeno se recupera como soluble nitrógeno proporcionando un uso eficiente del nitrógeno como fertilizante.
La tabla 2 también muestra que una porción significativa del fósforo se recupera del lodo de estiércol en la 3a fracción seca.
El balance de masas del procedimiento se presenta en la tabla 3.
Tabla 3
Será obvio para un experto en la técnica que, a medida que avanza la tecnología, el concepto inventivo puede implementarse de diversas maneras. La invención y sus realizaciones no se limitan a los ejemplos descritos anteriormente, sino que pueden variar dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Método para tratar lodo de estiércol que comprende las etapas de:
- proporcionar lodo de estiércol,
- someter el lodo de estiércol a separación para proporcionar una primera fracción seca y una primera fracción líquida,
- añadir una sal de metal a la primera fracción líquida para proporcionar una primera fracción líquida que contiene sal de metal,
- someter la primera fracción líquida que contiene sal de metal a una primera centrifugación para proporcionar una segunda fracción seca y una segunda fracción líquida,
- conducir la primera fracción seca y la segunda fracción seca a un reactor de digestión anaeróbica para proporcionar un digestato y biogás,
- someter el digestato a una segunda centrifugación para proporcionar una tercera fracción líquida y una tercera fracción seca,
- recuperar la tercera fracción seca,
- someter la segunda fracción líquida y la tercera fracción líquida a clarificación seleccionada de al menos una de ultrafiltración y flotación para proporcionar una fracción líquida clarificada,
- someter la fracción líquida clarificada a una o más etapas de filtración por ósmosis inversa (RO) para proporcionar un retenido por RO y un permeado por RO,
- recuperar el retenido por RO.
2. Método según la reivindicación 1, en el que la primera fracción seca forma aproximadamente el 75 % y la segunda fracción seca aproximadamente el 25 % de la alimentación a la digestión.
3. Método según la reivindicación 1 ó 2, en el que el contenido de materia seca de la primera fracción seca y la segunda fracción seca combinadas está en el intervalo de aproximadamente el 15 % en peso a aproximadamente el 35 % en peso, de manera específica aproximadamente el 28 % en peso.
4. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la sal de metal se añade en la cantidad de 0,01 a 5,0 kg/kg de sólidos totales de la primera fracción líquida, específicamente en la cantidad de aproximadamente 5,0 kg/t de la primera fracción líquida.
5. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la sal de metal es una sal inorgánica de un metal trivalente, tal como hierro, aluminio o cromo.
6. Método según la reivindicación 5, en el que la sal de metal es sulfato férrico o cloruro férrico o una mezcla de los mismos.
7. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se añade un agente floculante a la primera fracción líquida que contiene sal de metal.
8. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el contenido de materia seca de la tercera fracción seca está en el intervalo de aproximadamente el 25 % en peso a aproximadamente el 35 % en peso.
9. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el contenido de materia seca del retenido por RO está en el intervalo de aproximadamente el 1 % en peso a aproximadamente el 15 % en peso.
10. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el permeado por RO se somete a una segunda etapa de filtración por RO para proporcionar un segundo permeado por RO.
11. Método según la reivindicación 10, en el que la demanda química de oxígeno (DQO) del segundo permeado por RO es <15 mg de O2/l.
12. Aparato para tratar lodo de estiércol que comprende medios para implementar el método según una cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en el que los medios comprenden:
- una unidad separadora para separar el lodo de estiércol en una primera fracción seca y una primera fracción líquida,
- una primera centrífuga configurada para recibir una primera fracción líquida que contiene sal de metal para proporcionar una segunda fracción seca y una segunda fracción líquida,
- un reactor de digestión anaeróbica configurado para recibir la primera fracción seca y la segunda fracción seca y para proporcionar un digestato y biogás a partir de la primera fracción seca y la segunda fracción seca combinadas,
- una segunda centrífuga configurada para recibir el digestato y para proporcionar una tercera fracción líquida y una tercera fracción seca,
- una unidad de clarificación configurada para recibir la segunda fracción líquida y la tercera fracción líquida y para proporcionar una fracción líquida clarificada,
- una o más unidades de filtración por ósmosis inversa configuradas para recibir la fracción líquida clarificada para proporcionar un retenido por RO y un permeado por RO.
13. Aparato según la reivindicación 12, en el que la unidad de clarificación se selecciona de al menos una de la unidad de ultrafiltración y la unidad de flotación.
14. Aparato según la reivindicación 12 ó 13, en el que están presentes dos unidades de ósmosis inversa.
15. Uso del aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14 en el método para tratar lodo de estiércol según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.
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