WO2016066880A1 - Sistema de digestión aerobia termófila autosostenida y procedimiento asociado - Google Patents

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WO2016066880A1
WO2016066880A1 PCT/ES2015/070780 ES2015070780W WO2016066880A1 WO 2016066880 A1 WO2016066880 A1 WO 2016066880A1 ES 2015070780 W ES2015070780 W ES 2015070780W WO 2016066880 A1 WO2016066880 A1 WO 2016066880A1
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WO
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sludge
self
stage
aerobic digestion
sustaining
Prior art date
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PCT/ES2015/070780
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English (en)
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Inventor
María Victoria ANDRÉS GONZÁLEZ
Pablo Cristian Cano Zenker
Original Assignee
Abengoa Water, S. L.
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/06—Treatment of sludge; Devices therefor by oxidation

Definitions

  • the present invention relates to a self-sustained thermophilic aerobic digestion system for stabilization and sanitation of sludge that allows preheating of these. This preheating allows operation in thermophilic conditions without the need for an external energy supply.
  • the object of the invention is a self-sustained thermophilic aerobic digestion system for stabilization and sanitation of sludge that takes advantage of the residual heat present in the already treated sludge to preheat the untreated sludge before being introduced to the digester tank, as well as the procedure associated with said system.
  • thermophilic aerobic digestion systems for stabilization and sanitation of sludge of the state of the art generally carry out the treatment of sludge in two digester tanks arranged in series, so that the former is used for pretreatment. sludge up to certain conditions required at the entrance of the second digester. In this way, it is in this second tank that the digestion is thermophilic in addition to aerobic, and without external energy input, since it is always operated within the temperature range in which these thermophilic microorganisms develop.
  • thermophilic aerobic digestion system for stabilization and sanitation of sludge of the present invention requires the presence of a digester tank to keep the sludge above 55 ° C for at least 24 hours, whereby a stabilized sludge is obtained and Sanitized in one stage.
  • the present invention relates to a self-sustained thermophilic aerobic digestion system for stabilization and sanitation of sludge that allows preheating of these. This preheating allows operation in thermophilic conditions without the need for an external thermal energy input.
  • sludge is understood as the fraction of water in which the contamination is concentrated as it is reduced from the main purification line in wastewater treatment facilities.
  • a sludge is considered sufficiently stabilized when a volatile solids reduction of at least 38% has been achieved.
  • thermophilic aerobic digestion system for sludge stabilization and sanitation comprises a storage tank where the volume of untreated sludge that is desired to be introduced into a digester tank that will be described later is accumulated.
  • untreated sludge is understood as the current that leaves the storage tank that is fed with the concentrated streams resulting from different purges from the water treatment lines in a treatment plant.
  • the system also comprises a digester tank in which aerobic sludge digestion is carried out under thermophilic conditions, without external thermal energy input. These thermophilic conditions are maintained in each cycle in the digester tank due to the heat that is released during the oxidation reactions of organic matter and the oxygen fraction of the air that is introduced into the tank.
  • treated sludge is understood as the one that leaves this digester tank once the aerobic digestion of the sludge has been carried out under thermophilic conditions.
  • the system also comprises a heat exchanger to preheat the untreated sludge from the storage tank by means of the sludge from the digester tank, before sending the untreated sludge to the digester tank for stabilization and sanitation.
  • the system comprises a first drive system that circulates the untreated sludge from the storage tank to the digester tank and a second drive system is also used to drive the untreated sludge into the heat exchanger, where the first system of drive and the second drive system can be the same.
  • the self-sustaining thermophilic aerobic digestion system also comprises a third drive system that carries out the agitation and recirculation of the mud itself inside the digester tank.
  • this third drive system is used to drive the treated sludge when said treated sludge cannot leave it by gravity, during the digester discharge phase, to the heat exchanger in order to be used as a fluid in the heat exchanger that heats the untreated mud.
  • the treated sludge can leave the digester tank by gravity during this exchange phase.
  • oxygen is supplied with an air suction system where, as the mud passes, a depression is created that causes the air to be aspirated from the atmosphere.
  • an air delivery system that circulates air inside the digester tank can be used.
  • an additional air supply system can be used to circulate air inside the digester tank.
  • the system also comprises a first system of suction and control of foams through which the sludge contained in the digester tank is also recirculated, so that the depression created serves to suck the foams formed inside the digester tank.
  • foams are aspirated through a funnel placed inside the digester tank at a specific height.
  • the system may comprise a second suction and foam control system.
  • the sludge heat exchanger mentioned above is used when the temperature of the untreated sludge is lower than the temperature of the digester tank.
  • the untreated sludge contained in the storage tank is circulated to the heat exchanger and is recirculated back to the storage tank. storage so that the untreated sludge contained in it is preheated until a temperature range is reached such that the thermophilic range in the digester tank is guaranteed at all times.
  • the self-sustaining thermophilic aerobic digestion system for sludge stabilization and sanitation takes advantage of the residual heat present in the digested sludge to preheat the untreated sludge before being introduced to the digester tank.
  • a Class A sludge is obtained using a single digester tank, which results in a decrease in construction, maintenance and operating costs.
  • the present invention also relates to the process for carrying out the self-sustained thermophilic aerobic digestion of the sludge stabilization and sanitation system described above, wherein said method comprises:
  • the procedure comprises the following optional stages after the second stage and before the third stage:
  • the fourth drive stage and the fifth drive stage can be carried out by a single drive system.
  • This procedure may optionally comprise that the treated sludge can leave the digester tank by gravity.
  • This method may additionally comprise an additional stage of discharge by using an air delivery system to circulate air inside the digester tank.
  • Figure 1 shows a scheme of the self-sustained thermophilic aerobic digestion system for stabilization and sanitation of sludge of the present invention. PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION
  • the self-sustained thermophilic aerobic digestion system for stabilization and sanitation of sludge of the present invention comprises a storage tank (1) where the volume of untreated sludge (6) to be introduced is stored and preheated. in a digester tank (2), the storage tank (1), in turn, comprising control means that allow continuous monitoring of the temperature at which the untreated sludge is (6).
  • the digester tank (2) is a tank in which aerobic sludge digestion is carried out in thermophilic conditions, without energy input, where said conditions are maintained due to the heat released during the aerobic digestion of the organic matter contained in the mud.
  • the digestion system comprises a first delivery system (3) that circulates the untreated sludge (6) from the storage tank (1) to the digester tank (2).
  • the system comprises a second drive system that evacuates the untreated sludge (6) contained in the storage tank (1) to a heat exchanger (5) that returns it back to the storage tank (1), already preheated and ready to be introduced into the digester tank (2).
  • the first drive system and the second drive system match.
  • the oxygen required for oxidation can come from a first system of air suction installed in a recirculation line, where the sludge that is being digested in the digester tank (2) is passed, creating a depression in the third drive system (4) that causes a suction of outside air.
  • an air delivery system can be used inside the digester tank (2).
  • the digester tank may be thermally insulated with an insulating material or the like with a conductivity coefficient not exceeding 2.5 W / m K.
  • the digester tank (2) comprises one or several recirculation lines that agitate the sludge contained inside, avoiding, as far as possible, the deposition of particles at the bottom of the latter.
  • the system comprises a third delivery system (4) that discharges the treated sludge (7) in the digester tank (2) to the heat exchanger (5) that is used to preheat the untreated sludge (6) from the storage tank (1) before being introduced into the digester tank (2).
  • the use of spiral configuration exchangers since due to its internal structure, it allows maintenance tasks to be easier when cleaning it in front of it. to other types of exchanger such as concentric tube or tube-shell exchangers and allows to reach high transfer coefficients with fluids containing particles thus preventing obstructions.
  • other exchanger configurations not mentioned would also be valid.
  • the heat exchanger (5) has a spiral type configuration, allowing heat exchange between the untreated sludge (6) that goes to the digestion process and the treated sludge (7) at the exit of the digester tank (2).
  • the configuration of the spiral heat exchanger (5) is in countercurrent allowing a greater recovery of the heat contained in the treated sludge circuit (7).
  • the configuration of the spiral heat exchanger (5) allows the cleaning of both circuits, the heat through which the treated sludge (7) passes and the cold through which the untreated mud (6).
  • the third drive system (4) also acts as a means to recirculate the sludge contained inside the digester tank (2) while allowing its agitation and avoiding the deposition of particles at the bottom of it.
  • the system also comprises a first system of suction and control of foams through which the sludge contained in the digester tank is also recirculated (2), so that the depression created serves to suck the foams formed inside the digester tank ( 2). These foams are aspirated through a funnel placed inside the digester tank (2) at a certain height.
  • thermophilic aerobic digestion of the sludge stabilization and sanitation system described above comprises:
  • the procedure further comprises the following stages between the second and the third stage:
  • a fifth drive stage by means of a second drive system to drive the untreated sludge (6) to the heat exchanger (5),
  • the present invention is further illustrated by a preferred embodiment, which is not intended to limit the scope thereof.
  • the following example is presented for the treatment of sludge from an urban wastewater purification station using a single aerobic thermophilic aerobic digester tank, a storage tank and a mud-mud heat exchanger that is used when the expected temperature in the sludge mixing inside the digester at the beginning of a cycle is less than the lower limit of the thermophilic range in the digester as a result of a low temperature of the untreated sludge.
  • the digester tank is a cylindrical concrete reactor with a total volume of 230 m 3 and with a ratio of H / D dimensions of 0.9.
  • the digester tank is thermally insulated by a projected polyurethane casting layer with a coefficient of thermal conductivity of 0.028 W / m-K and has a thickness of 30 mm.
  • the sludge has been digested with a hydraulic retention time (HRT) of 10 days.
  • the digester tank includes a Venturi effect air injection system that achieves the agitation of the mixture and the necessary air supply through the use of a centrifugal pump of 16 KW of power while stirring and maintaining the mud inside of the digester tank.
  • the oxygen supply which in turn indirectly causes the reactor to heat itself, is 180 Nm 3 / h of air. Additionally, agitation occurs due to recirculation of the sludge inside the digester tank.
  • a second Venturi type ejector is included through which the sludge contained in the digester tank is also recirculated, this Venturi type ejector causes a depression that sucks the foams formed inside the digester, where the foams are aspirated by a 2.1 m diameter funnel located 5.5 m high from the ground, so that it operates by maintaining a layer of foams of approximately 1 m inside the digester tank.
  • the ejectors of the Venturi unload inside the digester at a height of 3.7 m and with an inclination angle of 30 ° with respect to the horizontal plane to generate an optimal agitation of the liquid contained inside.
  • the reactor also consists of a temperature sensor to control that the digestion remains within the thermophilic range.
  • a helical pump with a power of 5 KW is included at the outlet of the storage tank to feed the digester tank and recirculate the untreated sludge fraction in the preheating phase.
  • the digester tank operates in semi-batch mode (semi-continuous) with 24-hour cycles divided into two distinct stages, a first stage of discharge-charge, lasting one hour, where initially a volume of 18 m 3 is evacuated from the reactor. treated sludge, and then the reactor is fed with untreated sludge that is mixed with what was already present in the reactor.
  • the second stage consists of the sludge digestion itself for 23 hours. Aerobic digestion is carried out through exothermic reactions, so the sludge is self-heated during its digestion in the reactor by the activity of thermophilic mircroorganisms.
  • the temperature at which the sludge is at the end of a cycle is 58 ° C with an expected mixing temperature somewhat below 54 ° C if there is no heat exchange in the discharge-loading phase. Therefore, the heat exchange or preheating stage of the untreated sludge is carried out, so that the treated sludge, and which is as we have said at 58 ° C heats, through a spiral type heat exchanger, the untreated sludge contained in the storage tank from 17 ° C to a temperature such that the mixture inside the digester tank ensures that it is at 55 ° C.
  • the ambient temperature is 25 ° C, the atmospheric pressure of 1016 mbar and the relative humidity of 50%.
  • the parameters of the treated sludge are analyzed, reaching values of a Class A sludge according to the EPA classification, when a volatile solids removal efficiency greater than 38% is achieved and a notable reduction in relation to the content of the different pathogens present in a biological sludge, as shown in Table 1.

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Abstract

La presente invención se refiere a un sistema de digestión aerobia termófila autosostenida para higienización de fangos que permite llevar a cabo un precalentamiento de los fangos no tratados en el tanque digestor donde tiene lugar la digestión aerobia del fango en condiciones termófilas sin aporte externo de energía ya que aprovecha el calor residual presente en el fango ya tratado para precalentar el fango antes de ser introducido al tanque digestor, así como el procedimiento asociado a dicho sistema.

Description

SISTEMA DE DIGESTIÓN AEROBIA TERMÓFILA AUTOSOSTENIDA Y
PROCEDIMIENTO ASOCIADO
D E S C R I P C I Ó N
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un sistema de digestión aerobia termófila autosostenida para estabilización e higienización de fangos que permite llevar a cabo un precalentamiento de éstos. Este precalentamiento permite operar en condiciones termófilas sin necesidad de recurrir a un aporte externo de energía.
El objeto de la invención es un sistema de digestión aerobia termófila autosostenida para estabilización e higienización de fangos que aprovecha el calor residual presente en el fango ya tratado para precalentar el fango no tratado antes de ser introducido al tanque digestor, así como el procedimiento asociado a dicho sistema.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los sistemas de digestión aerobia termófila autosostenida para estabilización e higienización de fangos del estado de la técnica, generalmente llevan a cabo el tratamiento de los fangos en dos tanques digestores dispuestos en serie, de manera que el primero se utiliza para el pretratamiento del fango hasta unas determinadas condiciones requeridas a la entrada del segundo digestor. De esta forma, es en este segundo tanque en el que la digestión es termófila además de aerobia, y sin aporte externo de energía, puesto que se opera siempre dentro del rango de temperatura en el que se desarrollan estos microorganismos termófilos.
En dichos sistemas del estado de la técnica es necesario mantener agitados los dos tanques digestores, con lo que los costes de operación y mantenimiento son muy elevados.
Entre los anteriores sistemas, se encuentra la patente con número de publicación KR100752332(131) que necesita un primer tanque digestor para tratar los fangos a una temperatura entre 35 y 45 °C durante 3 ó 4 días y un segundo tanque digestor para tratar los fangos a una temperatura entre 50 y 60 °C durante 3 ó 4 días.
También se ha planteado el tratamiento de los fangos en un solo tanque digestor, empleando además intercambiadores de calor agua- fango. Sin embargo, estos intercambiadores necesitan el empleo de un fluido intermedio perdiéndose eficiencia global al transferir calor.
El sistema de digestión aerobia termófila autosostenida para estabilización e higienización de fangos de la presente invención, requiere la presencia de un tanque digestor para mantener los fangos por encima de 55 °C durante al menos 24 horas, con lo que se obtiene un fango estabilizado e higienizado en una sola etapa.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un sistema de digestión aerobia termófila autosostenida para estabilización e higienización de fangos que permite llevar a cabo un precalentamiento de estos. Este precalentamiento permite operar en condiciones termófilas sin necesidad de recurrir a un aporte externo de energía térmica. En el ámbito de la presente invención, se entiende por fango a la fracción de agua en la que se va concentrando la contaminación a medida que es reducida de la línea principal de depuración en las instalaciones de tratamiento de aguas residuales.
De manera habitual, excepto para los procesos de estabilización química, se considera que un fango se encuentra suficientemente estabilizado cuando se ha alcanzado una reducción de sólidos volátiles de al menos un 38%.
Además de estar estabilizado, para obtener la clasificación de biosólido de Clase A según la norma 503 de la Environmental Protection Agency (EPA), un fango en el rango de temperaturas termofílico con menos de un 7% de sólidos totales, debe permanecer un tiempo mínimo a una cierta temperatura. Este tiempo en días se obtiene de la siguiente expresión:
D≥5,007*107/10 (0'14*T) donde T es la temperatura en °C y D el tiempo en días que debe permanecer el fango a esa temperatura. Es decir, se entiende por fango estabilizado e higienizado aquel cuya temperatura se consiga mantener durante al menos 10 días por encima de 55 °C. El sistema de digestión aerobia termófila autosostenida para estabilización e higienización de fangos comprende un tanque de almacenamiento donde se acumula el volumen de fango no tratado que se desea introducir en un tanque digestor que se describirá más adelante. En el ámbito de la presente invención, se entiende por fango no tratado la corriente que sale del tanque de almacenamiento que es alimentado con las corrientes concentradas fruto de diferentes purgas provenientes de las línea de tratamiento de agua en una estación depuradora. El sistema comprende además un tanque digestor en el que se lleva a cabo la digestión aerobia del fango en condiciones termófilas, sin aporte externo de energía térmica. Estas condiciones termófilas se mantienen en cada ciclo en el tanque digestor debido al calor que se desprende en el transcurso de las reacciones de oxidación de la materia orgánica y la fracción de oxígeno del aire que se introduce en el tanque.
En el ámbito de la presente invención, se entiende por fango tratado el que sale de este tanque digestor una vez realizada la digestión aerobia del fango en condiciones termófilas. El sistema comprende además un intercambiador de calor para precalentar el fango no tratado proveniente del tanque de almacenamiento mediante el fango procedente del tanque digestor, antes de enviar el el fango no tratado al tanque digestor para su estabilización e higienización. Opcionalmente, el sistema comprende un primer sistema de impulsión que hace circular el fango no tratado desde el tanque de almacenamiento al tanque digestor y un segundo sistema de impulsión se emplea también para impulsar el fango no tratado al intercambiador de calor, donde el primer sistema de impulsión y el segundo sistema de impulsión pueden ser el mismo. El sistema de digestión aerobia termófila autosostenida comprende además un tercer sistema de impulsión que lleva a cabo la agitación y recirculación del propio fango contenido en el interior del tanque digestor. Además este tercer sistema de impulsión se emplea para hacer conducir el fango tratado cuando dicho fango tratado no puede salir por gravedad del mismo, durante la fase de descarga del digestor, al intercambiador de calor para poder ser empleado como fluido en el intercambiador de calor que calienta el fango no tratado.
Opcionalmente, el fango tratado puede salir por gravedad del tanque digestor durante esta fase de intercambio.
Además con la recirculación se aporta oxígeno con un sistema de succión de aire por donde, al pasar el fango, se crea una depresión que provoca la aspiración de aire de la atmósfera.
Opcionalmente se pueden emplear un sistema de impulsión de aire que hace circular aire al interior del tanque digestor.
Opcionalmente se puede emplear un sistema de impulsión de aire adicional para hacer circular aire al interior del tanque digestor..
El sistema comprende además un primer sistema de succión y control de espumas a través del cual igualmente se recircula el fango contenido en el tanque digestor, de modo que la depresión creada sirve para succionar las espumas formadas en el interior del tanque digestor. Estas espumas son aspiradas a través de un embudo colocado en el interior del tanque digestor a una altura concreta.
Opcionalmente, el sistema puede comprender un segundo sistema de succión y control de espumas.
El intercambiador de calor fango- fango citado anteriormente se emplea cuando la temperatura del fango no tratado es inferior a la temperatura del tanque digestor.
Así, el fango no tratado contenido en el tanque de almacenamiento se hace circular hacia el intercambiador de calor y es recirculado de nuevo al tanque de almacenamiento de forma que se va precalentando el fango no tratado contenido en éste hasta que se alcanza un rango de temperaturas tal que se garantice en todo momento el rango termófilo en el tanque digestor. De esta manera, el sistema de digestión aerobia termófila autosostenida para estabilización e higienización de fangos aprovecha el calor residual presente en el fango digerido para precalentar el fango no tratado antes de ser introducido al tanque digestor.
Las ventajas de la invención serían, entre otras, las siguientes:
· Con este sistema se aprovecha la energía calorífica del fango tratado que ha sido estabilizado e higienizado para calentar el fango no tratado. De esta forma, se evita el aporte externo de energía térmica mejorando el rendimiento del proceso.
• Adicionalmente se consigue aumentar el rendimiento de transferencia térmica al no emplearse fluidos auxiliares intermedios que recuperen el calor y lo transfieran en dos pasos al fango de entrada.
• Se obtiene un fango de Clase A empleando un único tanque digestor, lo que repercute en una disminución de los costes de construcción, mantenimiento y de operación.
· También se consigue un ahorro en menor equipamiento, simplificación en el control del proceso y en el mantenimiento de la instalación al emplear intercambiador fango-fango en lugar de fango-otro fluido que requería el empleo de dos intercambiadores y el uso de fluido intermedio. La presente invención se refiere también al procedimiento para llevar a cabo la digestión aerobia termófila autosostenida del sistema para estabilización e higienización de fangos descrito anteriormente, donde dicho procedimiento comprende:
• una primera etapa de almacenamiento del fango no tratado en un tanque de almacenamiento,
· una segunda etapa de digestión del fango no tratado en un tanque digestor para la obtención de fango tratado de Clase A,
• una tercera etapa de intercambio de calor fango-fango, entre el fango tratado obtenido en la segunda etapa y el fango no tratado proveniente de la primera etapa, de manera que el fango no tratado se precalienta antes de la segunda etapa, sin necesidad de emplear un fluido intermedio. Opcionalmente, el procedimiento comprende las siguientes etapas opcionales después de la segunda etapa y antes de la tercera etapa:
• una cuarta etapa opcional de impulsión mediante un primer sistema de impulsión para hacer circular el fango no tratado desde el tanque de almacenamiento al tanque digestor,
• una quinta etapa opcional de impulsión mediante un segundo sistema de impulsión para impulsar el fango no tratado al intercambiador de calor,
• una sexta etapa opcional de agitación en el tanque digestor a través de la recirculación del propio fango contenido en su interior mediante un tercer sistema de impulsión que a su vez se emplea para hacer circular el fango tratado al intercambiador de calor cuando dicho fango tratado no puede salir por gravedad del tanque digestor,
• una séptima etapa opcional de aporte de oxígeno mediante un sistema de succión de aire por donde, al pasar el fango, se crea una depresión que provoca la aspiración de aire de la atmósfera,
• una octava etapa opcional de succión y control de espumas mediante un sistema a través del cual igualmente se recircula el fango contenido en el tanque digestor, de modo que la depresión creada sirve para succionar las espumas formadas en el interior del tanque digestor. Estas espumas son aspiradas una través de un embudo colocado en el interior del tanque digestor a una altura determinada.
La cuarta etapa de impulsión y la quinta etapa de impulsión se pueden llevar a cabo mediante un sistema de impulsión único.
Este procedimiento puede comprender opcionalmente que el fango tratado pueda salir por gravedad del tanque digestor. Este procedimiento puede comprender adicionalmente un etapa adicional de impulsión mediante el empleo de un sistema de impulsión de aire para hacer circular aire al interior del tanque digestor.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para complementar la descripción y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Muestra un esquema del sistema de digestión aerobia termófila autosostenida para estabilización e higienización de fangos de la presente invención. REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Según un ejemplo de realización preferente, el sistema de digestión aerobia termófila autosostenida para estabilización e higienización de fangos de la presente invención comprende un tanque de almacenamiento (1) donde se almacena y precalienta el volumen de fango no tratado (6) que se desea introducir en un tanque digestor (2), comprendiendo a su vez el tanque de almacenamiento (1) unos medios de control que permiten realizar una monitorización en continuo de la temperatura a la que se encuentra el fango no tratado (6). El tanque digestor (2) es un tanque en el que se lleva a cabo la digestión aerobia del fango en condiciones termófilas, sin aporte de energía, donde dichas condiciones se mantienen debido al calor liberado durante la digestión aerobia de la materia orgánica contenida en el fango. El sistema de digestión comprende un primer sistema de impulsión (3) que hace circular el fango no tratado (6) desde el tanque de almacenamiento (1) al tanque digestor (2).
El sistema comprende un segundo sistema de impulsión que evacúa el fango no tratado (6) contenido en el tanque de almacenamiento (1) hacia un intercambiador de calor (5) que lo devuelve de nuevo al tanque de almacenamiento (1), ya precalentado y listo para ser introducido en el tanque digestor (2). En este ejemplo de realización, el primer sistema de impulsión y el segundo sistema de impulsión coinciden. El oxígeno necesario para la oxidación puede provenir de un primer sistema de succión de aire instalado en una línea de recirculación, por donde se hace pasar el fango que está siendo digerido en el tanque digestor (2), creándose una depresión en el tercer sistema de impulsión (4) que provoca una succión de aire del exterior. Adicionalmente puede emplearse un sistema de impulsión de aire al interior del tanque digestor (2).
Opcionalmente el tanque digestor puede estar aislado térmicamente con un material aislante o similar con un coeficiente de conductividad no superior a 2,5 W/m K.
Además, el tanque digestor (2) comprende una o varias líneas de recirculación que agitan el fango contenido en su interior evitando, en la medida de lo posible, la deposición de partículas en el fondo de éste. El sistema comprende un tercer sistema de impulsión (4) que descarga el fango tratado (7) en el tanque digestor (2) hacia el intercambiador de calor (5) que se emplea para precalentar el fango no tratado (6) del tanque de almacenamiento (1) antes de ser introducido en el tanque digestor (2). Resulta especialmente ventajoso para este tipo de intercambios de calor donde las corrientes a emplear son fangos, el uso de intercambiadores de configuración en espiral, ya que debido a su estructura interna, permite que las tareas de mantenimiento sean más sencillas a la hora de limpiarlo frente a otros tipos de intercambiador tales como intercambiadores de tubos concéntricos o de carcasa-tubo y permite alcanzar coeficientes de transferencia elevados con fluidos que contienen partículas evitando así obstrucciones. No obstante, otras configuraciones de intercambiador no citadas también serían válidas.
El intercambiador de calor (5) es de configuración tipo en espiral, permitiendo el intercambio de calor entre el fango no tratado (6) que va al proceso de digestión y el fango tratado (7) a la salida de tanque digestor (2). Opcionalmente, la configuración del intercambiador de calor (5) en espiral es en contracorriente permitiendo una mayor recuperación del calor contenido en el circuito de fango tratado (7). La configuración del intercambiador de calor (5) en espiral permite llevar a cabo la limpieza de ambos circuitos, el caliente por donde pasa el fango tratado (7) y el frío por donde pasa el fango no tratado (6).
El tercer sistema de impulsión (4) actúa también como medio para recircular el fango contenido en el interior del tanque digestor (2) permitiendo al mismo tiempo su agitación y evitando la deposición de partículas en el fondo del mismo.
El sistema comprende además un primer sistema de succión y control de espumas a través del cual igualmente se recircula el fango contenido en el tanque digestor (2), de modo que la depresión creada sirve para succionar las espumas formadas en el interior del tanque digestor (2). Estas espumas son aspiradas a través de un embudo colocado en el interior del tanque digestor (2) a una altura determinada.
El procedimiento para llevar a cabo la digestión aerobia termófila autosostenida del sistema para estabilización e higienización de fangos descrito anteriormente comprende:
· una primera etapa de almacenamiento del fango no tratado (6) en un tanque de almacenamiento (1),
• una segunda etapa de digestión del fango no tratado (6) en un tanque digestor (2) para la obtención de un fango tratado (7) de Clase A,
• una tercera etapa de intercambio de calor fango- fango entre el fango tratado (7) obtenido en la segunda etapa y el fango no tratado (6) proveniente de la primera etapa, de manera que el fango no tratado (6) se precalienta hasta que la temperatura estimada de la mezcla en el tanque digestor, (2) calculada por el sistema de control sea superior a 55 °C. El procedimiento comprende además las siguientes etapas entre la segunda y la tercera etapa:
• una cuarta etapa de impulsión mediante un primer sistema de impulsión (3) para hacer circular el fango no tratado (6) desde el tanque de almacenamiento (1) al tanque digestor (2),
· una quinta etapa de impulsión mediante un segundo sistema de impulsión para impulsar el fango no tratado (6) al intercambiador de calor (5),
• una sexta etapa de agitación en el tanque digestor (2) a través de la recirculación del propio fango contenido en su interior mediante un tercer sistema de impulsión (4) para hacer circular el fango tratado (7) en el tanque digestor (2) que a su vez se emplea para hacer circular el fango tratado (7) al intercambiador de calor (5) cuando dicho fango tratado (7) no puede salir por gravedad del tanque digestor (2),
• una séptima etapa de aporte de oxígeno mediante un sistema de impulsión de aire por donde, al pasar el fango, se crea una depresión que provoca la aspiración de aire de la atmósfera,
• una octava etapa de succión y control de espumas mediante un sistema a través del cual igualmente se recircula el fango contenido en el tanque digestor (2), de modo que la depresión creada sirve para succionar las espumas formadas en el interior del tanque digestor (2). Estas espumas son aspiradas una través de un embudo colocado en el interior del tanque digestor (2) a una altura determinada.
Este procedimiento se repite de manera cíclica preferentemente cada 24 horas. EJEMPLO.
La presente invención se ilustra adicionalmente mediante un ejemplo preferido de realización que no pretenden en absoluto limitar el alcance de la misma. Se presenta el siguiente ejemplo para el tratamiento de fangos procedentes de una estación de depuración aguas residuales urbanas empleando un único tanque digestor aerobio autotérmico termófilo, un tanque de almacenamiento y un intercambiador de calor fango-fango que se emplea cuando la temperatura esperada en el fango mezcla dentro del digestor al comienzo de un ciclo es menor al límite inferior del rango termófilo en el digestor como consecuencia de una baja temperatura del fango no tratado.
Para una población de 12.000 habitantes equivalentes se dispone de un caudal de fango mixto no tratado de 18 m3/día con un contenido en sólidos totales (TS) del 3,9% con una demanda química de oxígeno (DQO) de 49,1 g/l y a una temperatura de fango de 17 °C. La temperatura ambiente es de 25 °C, la presión atmosférica de 1016 mbar y la humedad relativa del 50 %. Se está digiriendo el fango con un tiempo de retención hidráulica (HRT) de 10 días. El tanque de almacenamiento donde se precalienta el fango no tratado es un tanque de poliéster reforzado con fibra de vidrio (PRFV) de 30 m3 de volumen útil que dispone de sensores para conocer en todo momento la temperatura del fango. El tanque digestor es un reactor de hormigón cilindrico con un volumen total de 230 m3 y con una relación de dimensiones H/D de 0,9. El tanque digestor está aislado térmicamente mediante una capa de colada de poliuretano proyectado con un coeficiente de conductividad térmica de 0,028 W/m- K y tiene un espesor de 30 mm. Se ha digerido el fango con un tiempo de retención hidráulica (HRT) de 10 días.
El tanque digestor incluye un sistema de inyección de aire por efecto Venturi que consigue la agitación de la mezcla y el aporte de aire necesario mediante el empleo de una bomba centrífuga de 16 KW de potencia al tiempo que agita y mantiene homogeneizado el fango en el interior del tanque digestor. El aporte de oxígeno, que a su vez provoca indirectamente el autocalentamiento del reactor, es de 180 Nm3/h de aire. Adicionalmente se produce agitación por recirculación del fango en el interior del tanque digestor.
Para el control de las espumas se incluye un segundo eyector tipo Venturi a través del cual se recircula igualmente el fango contenido en el tanque digestor, este eyector tipo Venturi provoca una depresión que aspira las espumas formadas en el interior del digestor, donde las espumas son aspiradas por un embudo de 2,1 m de diámetro situado a 5,5 m de altura respecto del suelo, de manera que se opera manteniendo una capa de espumas de aproximadamente 1 m en el interior del tanque digestor. Los eyectores de los Venturi descargan en el interior del digestor a una altura de 3,7 m y con un ángulo de inclinación de 30° respecto al plano horizontal para generar una óptima agitación del líquido contenido en el interior. El reactor consta además de un sensor de temperatura para controlar que la digestión se mantenga dentro del rango termófilo.
Se incluye adicionalmente una bomba helicoidal con una potencia de 5 KW a la salida del tanque de almacenamiento para alimentar el tanque digestor y recircular la fracción de fango no tratado en la fase de precalentamiento.
El tanque digestor opera en modo semibatch (semicontinuo) con ciclos de 24 horas divididos en dos etapas diferenciadas, una primera etapa de descarga-carga, de una hora de duración, donde inicialmente se evacúa del reactor un volumen de 18 m3 de fango tratado, y a continuación se alimenta el reactor con fango no tratado que se mezcla con el que ya estaba presente en el reactor. La segunda etapa consiste en la propia digestión del fango durante 23 horas. La digestión aerobia se realiza a través de reacciones exotérmicas, por lo que el fango es autocalentado durante su digestión en el reactor por la propia actividad de los mircroorganismos termófilos. La temperatura a la que se encuentra el fango al finalizar un ciclo es de 58°C con una temperatura esperada de mezcla algo inferior a 54°C si no se produjese el intercambio de calor en la fase de descarga-carga. Por ello, se realiza la etapa de intercambio de calor o precalentamiento del fango no tratado, de manera que el fango tratado, y que se encuentra como hemos dicho a 58 °C calienta, a través de un intercambiador de calor de tipo en espiral, el fango no tratado contenido en el tanque de almacenamiento desde 17 °C hasta una temperatura tal que la mezcla en el interior del tanque digestor se asegure que esté a 55 °C. La temperatura ambiente es de 25 °C, la presión atmosférica de 1016 mbar y la humedad relativa del 50 %.
Durante la operación se analizan los parámetros del fango tratado alcanzándose valores de un fango Clase A según la clasificación de la EPA, al lograrse una eficiencia de eliminación de sólidos volátiles mayor al 38% y una reducción notable en relación al contenido de los diferentes patógenos presentes en un fango biológico, tal y como se muestra en la Tabla 1.
Tabla 1. Parámetros medidos de fango no tratado y fango ya tratado.
Fango no tratado Fango tratado
PH 5,8 8,1
TS (%) 3,9% 2,7%
DQOT (mg/l) 49.100 25.041
Sólidos volátiles (SV) (%) 3% 1 ,8%
Coliformes fecales (μίοΑηΙ) 5 x105 <1
E. Coli (μίοΑηΙ) 4,9 x104 <1
Streptococcus faecalis (μίοΑηΙ) 4,5 x104 <1
Salmonella Presencia Ausencia

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
1. Sistema de digestión aerobia termófila autosostenida para estabilización e higienización de fangos que comprende un tanque de almacenamiento (1) donde se acumula un volumen de fango no tratado (6), un tanque digestor (2) en el que se lleva a cabo la digestión aerobia del fango proveniente del tanque de almacenamiento (1), en condiciones termófilas, sin aporte externo de energía térmica, caracterizado por que comprende además un intercambiador de calor (5) para precalentar el fango no tratado (6) proveniente del tanque de almacenamiento (1) mediante el fango procedente del tanque digestor (2).
2. Sistema de digestión aerobia termófila autosostenida según reivindicación 1 caracterizado por que comprende un primer sistema de impulsión (3) que hace circular el fango no tratado (6) desde el tanque de almacenamiento (1) al tanque digestor (2).
3. Sistema de digestión aerobia termófila autosostenida según reivindicación 1 caracterizado por que comprende un segundo sistema de impulsión que impulsa el fango no tratado (6) del tanque de almacenamiento (1) al intercambiador de calor (5).
4. Sistema de digestión aerobia termófila autosostenida según reivindicaciones 2 y 3 caracterizado por que el primer sistema de impulsión (3) y el segundo sistema de impulsión son el mismo.
5. Sistema de digestión aerobia termófila autosostenida según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que comprende además un tercer sistema de impulsión (4) que lleva a cabo la agitación y recirculación del propio fango contenido en el interior del tanque digestor (2).
6. Sistema de digestión aerobia termófila autosostenida según reivindicación 5 caracterizado por que el tercer sistema de impulsión (4) conduce el fango tratado (7) al intercambiador de calor (5) donde calienta el fango no tratado (6) cuando dicho fango tratado (7) no puede salir por gravedad del mismo (2).
7. Sistema de digestión aerobia termófila autosostenida según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 caracterizado por que comprende que el fango tratado (7) sale por gravedad del tanque digestor (2).
8. Sistema de digestión aerobia termófila autosostenida según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que comprende un primer sistema de succión y control de espumas a través del cual se recircula el fango contenido en el tanque digestor (2), de modo que la depresión creada permite succionar las espumas formadas en el interior del tanque digestor (2).
9. Sistema de digestión aerobia termófila autosostenida según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que comprende un sistema de impulsión de aire adicional para hacer circular aire al interior del tanque digestor.
10. Procedimiento para llevar a cabo una digestión aerobia termófila autosostenida mediante el sistema de de digestión aerobia termófila autosostenida de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 para llevar a cabo la estabilización e higienización de fangos, que comprende:
• una primera etapa de almacenamiento del fango no tratado (6) en un tanque de almacenamiento (1),
• una segunda etapa de digestión del fango no tratado (6) en un tanque digestor (2) para la obtención de un fango tratado (7) de Clase A,
caracterizado por que comprende:
• una tercera etapa de intercambio de calor fango-fango, entre el fango tratado (7) obtenido en la segunda etapa y el fango no tratado (1) proveniente de la primera etapa, de manera que el fango no tratado (6) se precalienta antes de la segunda etapa.
11. Procedimiento para llevar a cabo una digestión aerobia termófila autosostenida según reivindicación 10 caracterizado por que comprende una cuarta etapa de impulsión mediante un primer sistema de impulsión (3) para hacer circular el fango no tratado (6) desde el tanque de almacenamiento (1) al tanque digestor (2) entre la segunda y la tercera etapa.
12. Procedimiento para llevar a cabo una digestión aerobia termófila autosostenida según cualquiera de las reivindicaciones 10 ó 11 caracterizado por que comprende una quinta etapa de impulsión mediante un segundo sistema de impulsión para impulsar el fango no tratado (6) al intercambiador de calor (5),
13. Procedimiento para llevar a cabo una digestión aerobia termófila autosostenida según reivindicaciones 11 y 12 caracterizado por que la cuarta etapa de impulsión y la quinta etapa de impulsión se llevan a cabo mediante el mismo sistema de impulsión.
14. Procedimiento para llevar a cabo una digestión aerobia termófila autosostenida según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13 caracterizado por que comprende una sexta etapa de agitación en el tanque digestor (2) a través de la recirculación del propio fango contenido en su interior mediante un tercer sistema de impulsión para hacer circular el fango tratado (6) en el tanque digestor (2) que a su vez se emplea para hacer circular el fango tratado (7) al intercambiador de calor (5) cuando dicho fango tratado (7) no puede salir por gravedad del tanque digestor (2) entre la segunda y la tercera etapa.
15. Procedimiento para llevar a cabo una digestión aerobia termófila autosostenida según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14 caracterizado por que comprende una séptima etapa de aporte de oxígeno mediante un sistema de succión de aire por donde, al pasar el fango, se crea una depresión que provoca la aspiración de aire de la atmósfera, entre la segunda y la tercera etapa.
16. Procedimiento para llevar a cabo una digestión aerobia termófila autosostenida según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 15 caracterizado por que comprende una etapa adicional de impulsión mediante el empleo de un sistema de impulsión de aire para hacer circular aire al interior del tanque digestor (2).
17. Procedimiento para llevar a cabo una digestión aerobia termófila autosostenida según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 16 caracterizado por que comprende una octava etapa de succión y control de espumas mediante un sistema a través del cual igualmente se recircula el fango contenido en el tanque digestor (2), de modo que la depresión creada sirve para succionar las espumas formadas en el interior del tanque digestor (2).
18. Procedimiento para llevar a cabo una digestión aerobia termófila autosostenida según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 17 caracterizado por que se repite de manera cíclica cada 24 horas.
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ANA MARTA LASHERAS AÑON ET AL.: "Digestión aerobia termófila autosostenida (ATAD) en dos escenarios con higienización y diferentes grados de estabilización.", INGENIERÍA CIVIL, vol. 168, 2012, pages 51 - 59 *

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