WO2016139377A1 - Método de pretratamiento biológico para procesos de hidrólisis - Google Patents

Método de pretratamiento biológico para procesos de hidrólisis Download PDF

Info

Publication number
WO2016139377A1
WO2016139377A1 PCT/ES2015/070952 ES2015070952W WO2016139377A1 WO 2016139377 A1 WO2016139377 A1 WO 2016139377A1 ES 2015070952 W ES2015070952 W ES 2015070952W WO 2016139377 A1 WO2016139377 A1 WO 2016139377A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sludge
pretreatment
primary
biological
treatment
Prior art date
Application number
PCT/ES2015/070952
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marina ARNALDOS ORTS
Carlos RODRÍGUEZ LÓPEZ
María del Mar MICÓ RECHE
Jorge J. MALFEITO SÁNCHEZ
Original Assignee
Acciona Agua, S.A.U.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Acciona Agua, S.A.U. filed Critical Acciona Agua, S.A.U.
Publication of WO2016139377A1 publication Critical patent/WO2016139377A1/es

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
    • C02F3/342—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used characterised by the enzymes used
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/28—Anaerobic digestion processes
    • 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
    • C02F11/02—Biological treatment
    • C02F11/04—Anaerobic treatment; Production of methane by such processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2203/00—Apparatus and plants for the biological treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2203/004—Apparatus and plants for the biological treatment of water, waste water or sewage comprising a selector reactor for promoting floc-forming or other bacteria
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/005—Processes using a programmable logic controller [PLC]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/02—Temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/06—Controlling or monitoring parameters in water treatment pH
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2209/00—Controlling or monitoring parameters in water treatment
    • C02F2209/40—Liquid flow rate

Definitions

  • the present invention encompasses in the field of industrial processes based on the treatment by hydrolysis of organic matter, such as that contained in urban and industrial waste (sewage, landfills), of the sludge type of a sewage treatment plant, or agricultural, and more specifically It still focuses on the biological pretreatment of biodegradable organic matter that is treated by hydrolysis, such as sludge or sludge. Also included are the anaerobic processes of which hydrolysis is a part, which can also be very diverse: anaerobic digestion, anaerobic membrane systems, anaerobic electrochemical cells, anaerobic upflow reactors (abbreviated UASB, from the English Upflow Anaerobic Sludge Blanket) or similar.
  • UASB anaerobic upflow reactors
  • Hydrolysis is the limiting step in anaerobic biodegradation processes. Being the phase of lower reaction speed, it limits the yield in terms of biogas production and sludge volume reduction. Therefore, in recent decades there has been a growing interest in developing methods for its acceleration, mainly focused on the prior treatment of biological matter to hydrolyze, as a preparation.
  • Four main categories of pretreatment technologies have been developed to accelerate hydrolysis: thermal, mechanical, chemical and biological pretreatments. All these technologies have the advantage of reducing anaerobic digestion time and final sludge volume, as well as increasing biogas production.
  • current pretreatment technologies are characterized by high energy consumption, which calls into question the advantages obtained from their application (saving in the cost of transport and elimination of sludge; Roxburgh et al., 2006).
  • Chemical pretreatments are those where chemical agents are added. Although high yields are obtained through their use, they can present some drawbacks such as the introduction of chemical compounds in the waste stream and the increase in costs in acquisition and handling of reagents. These processes mainly include thermochemical hydrolysis (Tanaka et al., 1997; Rocher et al., 1999), and advanced oxidation processes with ozone or hydrogen peroxide (Sakai et al., 1997; Huysmans et al. , 2001).
  • Biological pretreatments which constitute the state of the art in which the present invention is framed, consist in the addition of certain strains of bacteria or hydrolytic enzymes to the sludge (Knapp and Howell, 1978). In this way, the disintegration and solubilization (hydrolysis) of the particulate matter is accelerated. Although they do not incur high energy consumption, the production of enzymes or certain strains of bacteria is expensive and operationally very complex, which can make the process considerably more expensive.
  • these pretreatments have additional costs because they are based on the external addition of enzymes, and it has been found that they do not use the bacteria themselves produced in the pretreatment to improve the subsequent process to which the material is subjected to biodegradation. That is, there is no synergy of pretreatment with a subsequent process, which is the basis of the present invention.
  • a biological pretreatment based on synergy and biological self-production is proposed in the present invention to prepare the organic matter capable of being hydrolyzed.
  • the culture of organisms that produce hydrolytic enzymes and that are generated in pretreatment grow in the own concentrated aqueous stream of organic matter to be hydrolyzed, because they are present in said stream within a heterogeneous group of organisms that accompany organic matter and that they are capable of growing in it as a substrate, in such a way that an external contribution of them is not necessary, and they are the most suitable to improve the performance of the subsequent process.
  • A3 Methods and compositions for enhanced bacterial hydrolysis of cellulosic feedstocks.
  • Patent application EP 2559768 A1 Enzymatic hydrolysis pretreatment of lignocellulosic materials.
  • SREBPs sterol regulatory element binding proteins
  • SCAP SREBP cleavage-activating protein
  • the first object of the present invention is constituted by a method of biological pretreatment of biodegradable organic matter capable of being subjected to a hydrolysis process, comprising:
  • aqueous stream containing the organic matter in a concentration between 0.1 and 100 g / L (of the total volume of stream) to culture of organisms generating hydrolytic enzymes present in said stream, under stirring and without external nutrient supply, the organic matter being the substrate itself from which organisms are grown for enrichment in the aqueous stream, and
  • the invention thus offers a new pretreatment of continuous or discontinuous applicability in hydrolysis processes or in any broader process of which the hydrolysis reaction is a part, such as anaerobic digestion (and more specifically anaerobic digestion of sludge or primary sludge in a purification plant), of low cost and based on the cultivation and enrichment of the hydrolytic organisms themselves present in the stream using the organic matter itself as a substrate, for the subsequent bioaugmentation of the hydrolysis process to which said organic matter is subjected thanks to the hydrolytic enzymes produced by said enriched organisms.
  • anaerobic digestion and more specifically anaerobic digestion of sludge or primary sludge in a purification plant
  • the pretreatment of organic matter is designed to optimize the growth conditions of the organisms that they generate hydrolytic enzymes (also called hydrolytic organisms here), which are the ones that will subsequently accelerate the hydrolysis reaction itself to which the pretreated (enriched) biomass is subjected. Additionally, it should be taken into account that the substrate for the growth of hydrolytic organisms is the organic matter itself contained in the aqueous stream that is to be subsequently subjected to hydrolysis, and therefore does not depend on extra nutrient contributions.
  • Organic matter is part of an aqueous stream (which is ultimately a residue) that always contains moisture, whose aqueous phase allows the growth of organisms, from an industrial process that is associated with the hydrolysis phase itself, either because It is related to it or because it is physically close to it, so that this pretreatment method is not external but can be integrated into the process in which the biomass is to be treated (by hydrolysis) to reduce waste or produce biogas and / or the process that originates the aqueous stream of organic matter.
  • this pretreatment method is not external but can be integrated into the process in which the biomass is to be treated (by hydrolysis) to reduce waste or produce biogas and / or the process that originates the aqueous stream of organic matter.
  • the aqueous stream containing the organic matter is originated in a biological process of degradation, spontaneous or provoked, usable as a source of energy.
  • the organic matter is present in concentrated form in the aqueous stream (concentration between 0.1 and 100 g / L), said stream containing in turn biomass in the form of a heterogeneous culture of organisms (bacteria, etc.) and nutrients .
  • the stream of organic matter subjected to pretreatment in the method described herein is preferably the residue of an industrial process, either a final process residue or an intermediate residue that can still be potentially treated (as is the case of sludge or sludge from primary settling in a treatment plant).
  • the positive impacts in the technical field of the pretreatment described are the following:
  • the improvement in the performance of the hydrolysis process thanks to previous pretreatment can result in a decrease in the production of waste, an increase in the kinetics of elimination of organic matter, an increase in the solubilization of particulate organic matter or a increase in biogas production and, therefore, in the performance of the hydrolysis process.
  • the present invention also encompasses an industrial process in which the aqueous stream is generated and treated. it contains the organic matter in a concentration between 0.1 and 100 g / L, which includes the biological pretreatment of the organic matter to be hydrolyzed by the above-described method of cultivation of hydrolytic organisms under agitation and without external nutrient supply and being the organic matter the substrate itself from which said organisms are grown for enrichment in the aqueous stream before directing and subjecting the enriched stream to the hydrolysis stage, and where said hydrolysis stage is the organic matter treatment phase itself In the industrial process.
  • the industrial process object of protection is characterized in that it comprises the method of biological pretreatment of the aqueous stream integrated between the phase in which said current is generated and the phase in which it is treated.
  • Another object of the present invention is an installation for Biological pretreatment of organic matter susceptible to being subjected to hydrolysis as defined above, attachable to an industrial installation in which said stream of organic matter is generated and treated, and comprising:
  • a biological pretreatment reactor (1) whose configuration varies depending on the temperature at which the hydrolytic organisms are cultured in the aqueous stream within it and whose size is defined as a function of the flow rate of the current and the Hydraulic retention time of the same, which includes:
  • - pumping means (4) such as a metering pump, located at the outlet (5) of the pretreatment reactor (1), which directs the enriched current in the pretreatment stage to a device (6) in which the subsequent hydrolysis process of the second stage is carried out, and which sets the hydraulic retention time of the biomass in the reactor (1).
  • This installation is compact and simple, in such a way that it does not require complex devices to grow hydrolytic organisms in the biomass to be hydrolyzed, nor does it offer great complications to integrate into the line of generation and treatment of aqueous streams with organic matter in an industrial plant .
  • the total aqueous stream of organic matter to be subsequently treated by hydrolysis can be pretreated.
  • a part or aliquot thereof can be previously extracted to be pretreated following the described method and, once enriched in organisms generating hydrolytic enzymes, said fraction is added back to the rest of the stream to be hydrolyzed.
  • the aliquot or fraction enriched in hydrolytic organisms and the enzymes they produce serve as a "catalyst" or "accelerator" in the process subsequent hydrolysis, extending to the total organic matter contained in the aqueous stream.
  • the aliquot or fraction of the stream that is diverted and subjected to cultivation of hydrolytic organisms represents between 10% and 20% of the total volume to be hydrolyzed (from the aqueous stream of organic matter), in such a way that this amount is sufficient to increase the rate of hydrolysis and improve the process performance for the entire current.
  • the total volume of stream to be hydrolyzed in the second stage corresponds to the total volume of the aqueous stream from which the aliquot is extracted; therefore, said fraction represents 10% -20% of the total volume of the initial aqueous stream containing the organic matter.
  • the volume of total stream to be hydrolyzed is represented by the sum of the volumes of the different streams that are mixed, and is the starting value that is taken as a reference to calculate the 10% -20% by volume of the aliquot.
  • the aqueous stream contains organic matter in a concentration between 0.1 and 100 g / L of the total volume, said concentration is preferably between 10 and 100 g / L.
  • the organic matter stream to be biologically pretreated is a wet (aqueous) residue that is generated in the industrial process itself in which the stream is treated by hydrolysis, that is, it is both a process of producing the residue and treatment before disposal / reuse by hydrolysis.
  • the pre-treatment described is applicable to any industry that generates an organic waste that is treated in the industry itself: paper industry (generation of cellulosic waste with subsequent treatment), food industry (preserves, slaughterhouses, distilleries, etc.) with sludge treatment and other production waste. It is also possible to couple the pretreatment to the biofuel producing industry in which the waste of the materials used to generate the biofuel is treated in situ.
  • pretreatment constitutes an intermediate step between an earlier stage in the that the aqueous residue containing the organic matter to be hydrolysed and the hydrolysis stage in which said residue is treated is produced.
  • the pretreatment method is simply integrated into the overall process of which the hydrolysis of organic matter is a part, so that all or part of the aqueous stream generated as waste in the industrial process at the stage of biological pretreatment for the cultivation of hydrolytic organisms, prior to the treatment process by hydrolysis of organic matter.
  • sludge or sludge generated in the primary decantation stage is used as a stream of concentrated organic matter that is pretreated and, subsequently, These sludges are subjected to hydrolysis in the secondary treatment of anaerobic digestion together with the rest of the primary sludge (if applicable) and the secondary sludge, as is usual in water purification.
  • the water purification process comprises a) a stage of primary decantation, b) the stage of biological pretreatment of all or part of the sludge produced in said primary settling and c) a stage of anaerobic digestion of sludge, both the primary ones with the secondary sludge generated in a secondary stage, which is where the sludge stream enriched with the pretreatment is added / applied.
  • the process in question preferably comprises at least the following essential stages:
  • the entire volume of the primary sludge generated in the first phase of wastewater decantation is diverted from the general sewage sludge stream, to be enriched in hydrolytic organisms by the described pretreatment.
  • the total enriched sludge stream is returned after the pretreatment to the general cycle of the treatment plant, where together with the secondary sludge it undergoes anaerobic digestion.
  • a part or fraction thereof is diverted from the primary sludge stream to be directed to the pretreatment, in accordance with the indicated conditions (volume of the fraction between 10% and 20% of the total volume of the sludge stream to be hydrolyzed).
  • said fraction of enriched sludge is directed after pre-treatment to anaerobic digestion along with a mixture formed by the rest of unpretreated primary sludge and secondary sludge.
  • the aliquot has a volume between 10% -20% of the total volume represented by the sum of the primary sludge stream and by the secondary sludge stream.
  • the temperature at which the current is grown is preferably between 25 ° C and 65 ° C and more preferably between 30-60 ° C.
  • the stream is subjected to the mesophilic culture, that is between 25 ° C-45 ° C.
  • thermophilic regime ie between 45 ° C-65 ° C.
  • the aqueous stream is subjected to selection of hydrolytic organisms during a hydraulic retention time (of solids) comprised between 24-48 hours.
  • the culture of the organisms in the pretreatment is preferably carried out at a pH between 4 and 6, being more preferably of 5. This low pH is due to the breakdown of complex molecules to form volatile fatty acids; As long as the pH is maintained above this value, the process is working properly.
  • hydrolytic organisms that are enriched in pretreatment due to the temperature and retention time of the same belong to a large consortium of microorganisms.
  • the aqueous stream to be treated whatever its origin (for example the active primary sludge of a treatment plant) contains a very varied culture of microorganisms, and pointing to a specific group is complex and, in general, of little use. What determines the operation of the method is not the phylogenetic classification of organisms but the hydrolytic enzymes that they secrete in pretreatment.
  • organisms are preferably bacteria
  • cultured bacteria are preferably those that secrete in pretreatment (and that cause an improvement in the subsequent hydrolysis process ) enzymes of the hydrolase family.
  • the main ones are preferably selected from the group consisting of: lipases, proteases, cellulases and amylases.
  • the pumping means contained in the pretreatment plant propel the pretreatment reactor out enriched stream to be treated in the subsequent stage of hydrolysis.
  • This stream will be, in one embodiment, the entire aqueous stream to be hydrolyzed, or in another alternative embodiment it will be the part or aliquot deviated from the general aqueous stream, which is preferably of a volume comprised between 10% and 20% of the total volume of the stream to hydrolyze.
  • the size of the reactor depends not only on the flow rate of the aqueous stream to be pretreated but also on the retention time of said stream inside the reactor. In this sense, since the retention time in the method is preferably set between 24 and 48 hours, then the reactor size is favorably reduced.
  • a concentrated aqueous stream of organic matter is pretreated from an associated process, related, or close to the hydrolysis process to which said stream (in general, a residue) is to be subjected, of such This is also the process in which pretreatment is implemented.
  • the simple and compact biological pretreatment facility object of patent is also coupled to a superior installation in which organic matter waste is produced and these are treated by hydrolysis, for example by anaerobic digestion (in a treatment plant) , in such a way that the pretreatment reactor of the installation is connected at its entrance to a conduction element of the residual organic matter stream that is produced in another device of the upper installation (for example, a primary decanter), and its exit to the device where said stream of residual organic matter is commonly treated by hydrolysis (in the particular case mentioned, a mixed sludge digestion tank -primary and secondary-).
  • an aqueous waste treatment plant such as urban wastewater treatment plants
  • the inlet of the pretreatment reactor is connected to conduits of primary sludge generated in a first decanter, before that said conduction means in turn collect the secondary sludge from a second decanter and connect at its second end with an anaerobic mixed sludge digestion tank
  • the outlet of the hydrolysis reactor is connected to conduits of primary sludge enriched in hydrolytic organisms inside the anaerobic digestion tank of mixed sludge.
  • the sludge conduction means (14) comprise a valve (7) to separate a fraction of the primary sludge originating in the primary decanter (9 ) and directing said fraction into the biological pretreatment reactor (1) by pumping means (19); preferably, the installation comprises an intermediate reactor (15) for storing the primary sludge fraction behind the valve (7) and before the pumping means (19); and from the outlet (5) of the biological pretreatment reactor (1), the enriched sludge is directed to the anaerobic digester (6) where the primary and secondary sludge meet, giving rise to the mixed sludge.
  • pretreatment can be applied to a process of hydrolysis of organic matter or, more broadly, to an industrial process of which hydrolysis, as a phase or as a stage, forms part;
  • a preferred case covering the invention is an anaerobic biomass treatment process, in which hydrolysis constitutes the first phase of said treatment.
  • a very common and preferred case for the properties of the waste that is generated and for the volume it represents of urban waste is the sludge treatment process through anaerobic digestion in a secondary wastewater treatment plant or sewage treatment plant.
  • the process to which biological pretreatment is applied is not only limited to the treatment of sewage sludge by anaerobic digestion, but can also be applied to other anaerobic biomass treatment processes of which the hydrolysis reaction is part, which can also be: systems membrane anaerobes, anaerobic electrochemical cells or upflow anaerobic reactors (abbreviated UASB, from the English Upflow Anaerobio Sludge Blanket), among the most common.
  • UASB upflow anaerobic reactors
  • the pretreatment method and the installation designed for this purpose are applicable to other industries, such as those mentioned above as a non-limiting example of application: paper industry (generation of cellulosic waste with subsequent treatment), industry food (preserves, slaughterhouses, distilleries, etc.) with treatment of sludge and other production waste, biofuel producing industry in which the waste of the materials used to generate the biofuel is treated in situ, landfills in which treatment of all or part of the solid waste or in situ treatment of contaminated soils by bioremediation is carried out.
  • paper industry generation of cellulosic waste with subsequent treatment
  • industry food preserves, slaughterhouses, distilleries, etc.
  • biofuel producing industry in which the waste of the materials used to generate the biofuel is treated in situ
  • landfills in which treatment of all or part of the solid waste or in situ treatment of contaminated soils by bioremediation is carried out.
  • FIGURE 1 Flow chart of the method of biological pretreatment of organic matter object of the present invention, applied to the treatment of a stream of primary sludge from primary decantation in wastewater treatment plants, which include a secondary treatment stage of said sludge by anaerobic digestion.
  • the broken line defines in the figure the installation for biological pretreatment of the concentrated aqueous stream of organic matter, which are the primary sludge.
  • a preferred case of the present invention is a method of biological pretreatment of organic matter and culture of organisms, specifically bacterial, according to the general description in which said components are found in the sludge from primary decantation in a plant of wastewater treatment, and in such a way that said pretreatment is integrated into the wastewater treatment process itself, as one more stage that is subsequent to the primary treatment but which aims to improve the hydrolysis reaction that occurs during the Anaerobic sludge digestion process.
  • Figure 1 shows in more detail the method of biological pretreatment object of patent, the water purification process and the sludge treatment line in which it is coupled and the facilities designed for this purpose.
  • Conventional purification plants mix the sludge generated in the primary phase, from a primary treatment unit (8) and a primary decanter (9), and the sludge generated in the secondary phase of wastewater treatment, to from a biological process tank (10) and a secondary decanter (11), to form mixed sludge.
  • these sludges are directed to a parallel water treatment line, where after collecting them by pumping (primary sludge pumping means (12) and secondary sludge pumping means (13) in conduction and channeling means (14), these mixed sludges are charged to an anaerobic biological digester (6) for treatment and stabilization, since secondary sludge is highly stabilized, this hinders the proliferation of hydrolytic bacteria in the anaerobic digester, reducing the hydrolysis performance in digestion anaerobic
  • a fraction or aliquot of the primary sludge is diverted, which is the stream with organic matter to be treated by hydrolysis, said corresponding fraction 10% of the total mixed sludge (primary and secondary) to be treated in the anaerobic digester (6) of the treatment plant.
  • the composition of the primary sludge in terms of proteins, oils and fat and total and dissolved nutrients has been shown in Table 1.
  • This fraction of primary sludge is diverted by the valve (7) when they are being driven said sludge through the pumping means (12) until the pretreatment facility; said valve (7) regulates the entry of the primary sludge into the tank depending on the needs of the process, and directs the sludge fraction into the reactor (1) by means of a metering pump (19).
  • the primary sludge diverted by the valve (7) in an intermediate storage tank (15) can also be maintained for a while before being directed to the reactor (1) by means of the metering pump (19).
  • Said storage tank (15) protects the pretreatment reactor (1) from possible interruptions in the supply of primary sludge.
  • the primary sludges inside the reactor (1) are kept homogenized by means of slow stirring (3), and are subjected to temperatures of 35 ° C (this temperature being a non-limiting example) by means of the heating means (2).
  • the hydraulic retention time is controlled by the metering pump (19) located at the inlet of the reactor (1) (or located between the intermediate tank (15) and the pretreatment tank (1) in the preferred embodiment).
  • the volume of the fraction of deviated sludge (10% of the volume of total mixed sludge produced in the treatment plant) and the hydraulic retention time inside the pretreatment reactor (1) allow to calculate the volume of said reactor (1) without specify additional data; thus, in the case of operating an anaerobic digester (6) of the mixed sludge with a retention time of 20 days, the volume of said digester would be 20 times the total flow of mixed sludge to be treated, while the reactor volume (1) of pretreatment would be 0.1 times the total flow of mixed sludge to be treated.
  • this pretreatment reactor (1) is constructed in stainless steel AISI316. To minimize heat losses and increase the efficiency of the heating means (2), the reactor (1) is completed with an external layer of heat-insulated with rock wool and aluminum sheet.
  • the stirring means (3) again at low revolutions (slow stirring speed can be understood as that between 200-1000 revolutions per minute), facilitates the mixing of the solids in the tank or reactor (1) so that there is adequate contact between the hydrolytic bacteria and the substrates (organic matter) of the sludge and that there is an adequate heat transfer to all points thereof, without thereby altering the possible flocculent structure of the influent.
  • the heating means (2) must ensure that the reactor contents acquire a temperature of approximately 35 ° C (range mesophilic, included as a non-limiting example in this embodiment) regardless of the temperature of the primary sludge influent.
  • a logic controller (not shown in the figure) incorporated into the installation allows the different equipment involved in the water treatment process to operate automatically, taking into account measurements of different parameters taken by probes (not shown in the figure) distributed throughout the process (mainly, a pH probe in the pretreatment reactor (1), although it can also include temperature or flow probes), verifying the appropriate operating conditions.
  • probes not shown in the figure
  • the proper functioning of the hydrolysis process in the pretreatment reactor (1) is evidenced by the existence of a pH between 4 and 6 (usually 5, but which can range between the values of the aforementioned range).
  • This automaton also allows to store the data of the different probes distributed by the system, in order to study the optimal operation of the same.
  • One of the main innovations presented by the method object of the invention is the selection and growth of organisms that generate hydrolytic enzymes, specifically bacteria in this example, using concentrated currents (between 0.1 and 100 g / L of the total volume of current) of organic matter from the process itself. In this way, it is not necessary to use expensive culture broths or to carry out the external enrichment of said bacteria (selected and / or enriched in other processes). Specifically, it is demonstrated that by diverting part of the primary sludge (rich in organic matter) to a pretreatment method included in the sludge line and separated from the conventional water line of the purification plant, enrichment of hydrolytic bacteria can be performed.
  • thermophilic and mesophilic temperature ranges and low solids retention times in the biological pretreatment reactor.
  • retention time of solids used between 24 and 48 hours
  • the method is carried out with a compact pretreatment reactor, with low energy cost and low level of operational requirements.
  • the installation designed for this purpose is, therefore, easy to include both in already operational plants and in new construction plants.

Abstract

Se describe un método de pretratamiento biológico de materia orgánica previo a un proceso de hidrólisis, que comprende: someter una corriente acuosa que contiene materia orgánica en una concentración entre 0, 1-100 g/L a cultivo de organismos generadores de enzimas hidrolíticas presentes en dicha corriente bajo condiciones específicas sin aporte externo de nutrientes y en agitación, siendo la materia orgánica el propio sustrato a partir del cual se cultivan en la corriente, antes de someter la corriente enriquecida a un proceso biológico de hidrólisis en una etapa posterior al pretratamiento. El proceso de hidrólisis es preferentemente un método anaeróbico, estando el pretratamiento especialmente diseñado para acoplarse en el tratamiento de fangos, como el de una depuradora, para mejorar el rendimiento del proceso de digestión anaerobica de los mismos. Se cubre la instalación para el pretratamiento y su acoplamiento a una planta industrial que produce residuos y son tratados mediante hidrólisis.

Description

DESCRIPCIÓN
MÉTODO DE PRETRATAMIENTO BIOLÓGICO PARA PROCESOS DE HIDRÓLISIS
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se engloba en el campo de los procesos industriales basados en el tratamiento mediante hidrólisis de materia orgánica, como la contenida en residuos urbanos e industriales (aguas residuales, vertederos), del tipo fangos de una depuradora, o agrícolas, y más concretamente aún se centra en el pretatamiento biológico de la materia orgánica biodegradable que se trata mediante hidrólisis, como son los fangos o lodos de depuración. Se incluyen también los procesos anaerobios de los que la hidrólisis forma parte, que pueden ser también de manera muy diversa: digestión anaerobia, sistemas anaerobios de membrana, celdas electroquímicas anaerobias, reactores anaerobios de flujos ascendente (denominados abreviadamente UASB, del inglés Upflow Anaerobio Sludge Blanket) o similares.
ESTADO DE LA TÉCNICA
La hidrólisis constituye el paso limitante en los procesos de biodegradación anaeróbica. Al ser la fase de menor velocidad de reacción, limita el rendimiento en términos de producción de biogás y reducción del volumen de lodos. Por ello, en las últimas décadas ha existido un creciente interés en desarrollar métodos para su aceleración, centrados principalmente en el tratamiento previo de la materia biológica a hidrolizar, a modo de preparación. Cuatro categorías principales de tecnologías de pretratamiento han sido desarrolladas para acelerar la hidrólisis: pretratamientos térmicos, mecánicos, químicos y biológicos. Todas estas tecnologías tienen la ventaja de reducir el tiempo de digestión anaerobia y el volumen de fangos final, así como de aumentar la producción de biogás. Sin embargo, las tecnologías actuales de pretratamiento se caracterizan por un alto consumo energético, lo que pone en cuestión las ventajas obtenidas de su aplicación (ahorro en el coste de transporte y eliminación de fangos; Roxburgh et al., 2006).
Las opciones de mejora de la digestión anaerobia son diversas y requieren de un estudio previo a su implantación, ya que son varios los factores a considerar, como las características del producto a tratar (lodos), de la instalación y de las condiciones operativas (Rossle y Pretorius, 1996). Los pretratamientos térmicos (principalmente aplicación de una fase térmica en la digestión anaerobia) normalmente requieren una importante cantidad de energía térmica con el fin de obtener una mejora significativa del proceso (Carrére et al., 2010); la producción mejorada de biogás proporciona la energía térmica necesaria para compensar los requerimientos térmicos del propio sistema de pretratamiento (Bougrier et al., 2006). Por tanto, la principal ventaja de estos sistemas se limita a una cierta reducción en la biomasa de lodos, pero no a una reducción de consumo energético porque en realidad el aporte de energía externa que requieren los propios sistemas de digestión anaerobia queda anulada por la energía producida en el proceso.
Por su parte, los pretratamientos mecánicos (principalmente pretratamientos ultrasónicos y esfuerzos cortantes) requieren un incremento en la adición de energía eléctrica, con un consumo de aproximadamente 0,3 KWh por kg de sólido volátil (VS) eliminado. Teniendo en cuenta que el rendimiento eléctrico del biogás es del 30%, el incremento de la producción de biogás gracias al pretratamiento no compensa el aumento de la demanda de energía eléctrica en la mayoría de los casos, lo que hace que el balance energético sea negativo (Boehler et al., 2006).
Los pretratamientos químicos son aquellos donde se añaden agentes químicos. A pesar de que mediante su empleo se obtienen altos rendimientos, pueden presentar algunos inconvenientes como la introducción de compuestos químicos en la corriente residual y el aumento de costes en adquisición y manipulación de reactivos. Dentro de estos procesos se incluyen principalmente la hidrólisis termoquímica (Tanaka et al., 1997; Rocher et al., 1999), y los procesos de oxidación avanzada con ozono o peróxido de hidrógeno (Sakai et al., 1997; Huysmans et al., 2001).
Los pretratamientos biológicos, que constituyen el estado de la técnica en el que se enmarca la presente invención, consisten en la adición de determinadas cepas de bacterias o de enzimas hidrolíticas al lodo (Knapp and Howell, 1978). De esta manera, se acelera la desintegración y solubilización (hidrólisis) de la materia particulada. A pesar de que no incurren en altos consumos energéticos, la producción de enzimas o de determinadas cepas de bacterias es costosa y operacionalmente muy compleja, lo que puede encarecer considerablemente el proceso. Existe un número considerable de documentos de patente enfocados a la hidrólisis enzimática de residuos con celulosa y lignocelulosa, debido a la dificultad para procesar estos componentes de forma anaeróbica. Estos documentos están particularmente dirigidos al desarrollo de pretratamientos biológicos para la producción posterior de biocombustibles mediante fermentación de los sustratos procedentes del pretratamiento. En general, estos pretratamientos se basan en la adición de enzimas externas (ajenas) al material a biodegradar (EP2559768 A1 , EP2076594 B1) o en una combinación de adición de enzimas y de bacterias producidas en el propio proceso (WO2010055495). En definitiva, estos pretratamientos presentan costes adicionales porque se sustentan en la adición externa de enzimas, y se ha constatado que no emplean las propias bacterias producidas en el pretratamiento para mejorar el proceso posterior al que se somete el material a biodegradar. Es decir, no hay una sinergia del pretratamiento con un proceso posterior, que es la base de la presente invención.
Por otro lado, existe también un número considerable de documentos de patente en el área de tratamientos biológicos de residuos sólidos para vertederos. En estos tratamientos, generalmente se separan diferentes fracciones (líquida y sólida) de los residuos; la parte líquida generalmente es sometida a hidrólisis y procesos anaerobios mientras que la sólida pasa a compostaje (tratamiento aerobio). Un ejemplo de este tipo de documentos son las patentes US 7,985,577 B2 y US 7,015,028 B2. En estos tratamientos tampoco se ha constatado una sinergia entre el pretratamiento y el proceso posterior; la parte líquida hidrolizada no es en realidad empleada para mejorar el rendimiento global del proceso (o, en este caso, del tratamiento anaerobio de sólidos).
Se han encontrado pocos ejemplos en los que se emplee un pretratamiento biológico basado en el enriquecimiento de un cultivo de bacterias hidrolíticas para mejorar el rendimiento de procesos anaerobios. En estudios previos, un reactor anaerobio a escala laboratorio se enriqueció con bacterias hidrolíticas cultivadas externamente en un caldo rico de nutrientes (Yu et al. 2013). El experimento llevado a cabo mostró que la adición al digestor anaerobio de un cultivo de bacterias enriquecido en el exterior mejoró la solubilidad de la materia orgánica en un 78% y la producción de ácidos grasos volátiles en un 130% durante el proceso anaerobio, produciéndose un incremento del biogás de un 23%. Se demostró que las enzimas que juegan un papel más significativo en la bioaumentación (incremento de la actividad biológica de descomposición de la materia orgánica) del digestor eran las hidrolasas, amilasas y proteasas. A pesar de los logros de este enfoque, los caldos ricos en nutrientes como el utilizado por Yu et al. (2013) son costosos y por lo tanto no aplicables a escala industrial, ya que haría el proceso económicamente inviable.
También se ha encontrado una solicitud de patente internacional, WO 2009135967, en la que se lleva a cabo un pre tratamiento biológico empleando bacterias procedentes de un proceso aerobio de compostaje (proceso de tratamiento de sólidos). El cultivo es extraído y añadido en un proceso de digestión anaerobia para acelerar la hidrólisis, mejorando el rendimiento. La limitación de este pre tratamiento es que emplea sólidos procedentes de un sistema de tratamiento aerobio, siendo entonces dos procesos no integrados. Esto implica, por un lado, la necesidad de añadir instalaciones adicionales para el tratamiento aerobio de los sólidos (con el consiguiente coste de capital). Por otro lado, los tratamientos aerobios implican un alto coste de operación y por tanto, el resultado final es un coste energético mayor que el que se conseguiría con otros pretratamientos (como el de la presente invención). Teniendo en cuenta las limitaciones anteriormente comentadas detectadas en el campo técnico, se propone en la presente invención un pretratamiento biológico basado en la sinergia y la auto-producción biológica para preparar la materia orgánica susceptible de ser hidrolizada. El cultivo de organismos que producen enzimas hidrolíticas y que se generan en el pretratamiento crecen en la propia corriente acuosa concentrada de materia orgánica que se va a hidrolizar, porque están presentes en dicha corriente dentro de un grupo heterogéneo de organismos que acompañan a la materia orgánica y que son susceptibles de crecer en ella como sustrato, de tal forma que no es necesario una aportación externa de los mismos, y son los más adecuados para mejorar el rendimiento del proceso posterior. Además, no se producen gastos energéticos adicionales relevantes ni se incrementan los costes en cultivos ni nutrientes, porque se emplean corrientes acuosas concentradas de materia orgánica extraídas del propio proceso industrial en el que se integra la fase de pretratamiento, y por tanto supera la limitación de experimentos como el de Yu et al. (2013), ya que no hace falta proveer de caldos ricos en nutrientes al proceso. El presente método de pretratamiento biológico se caracteriza por requerir únicamente ligeras variaciones en la instalación de procesamiento anaeróbico donde se integra, y por conseguir el tratamiento anaerobio integral de los residuos, incrementando su rendimiento mediante reducción de nuevos residuos e incrementando la valorización energética; por tanto, tanto los costes capitales como de operación son los mínimos posibles. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Boehler, M., & Siegrist, H. (2006). Potential of activated sludge disintegration. Water
Science and Technology, 53. 207-216.
Bougrier, C, Albasi, C, Delgenes, J.P., & Carrere H. (2006). Effect of ultrasonic, thermal and ozone pre-treatments on waste activated sludge solubilisation and anaerobio biodegradability. Chemical Engineering and Processing, 45(8). 71 1-
718
Carrere, H., Dumas, C, Battimelli, A., Batstone, D.J., Delgenes, J.P. et al. (2010).
Pretreatment methods to improve sludge anaerobio degradability: A review. Progress in Energy and Combustión Science: Elsevier. 1-15.
Choate, C. E. (2011 , July 26). Patente US 9,985,577: Systems and processes for treatment of organic waste materials with a biomixer.
Choate, C. E., Sherman, P. A., & Zhang, R. (2006, March 21). Patente US 7,015,028:
Process for treatment of organic waste materials.
Hill, C, Scott, B. R., & Tomashek, J. (2008, March 6). Patente EP 2076594 B1 :
Process for enzymatic hydrolysis of pretreated lignocellulosic feedstocks.
Huysmans, G.T.A., Sharapov S.E., Mikhailovskii, A.B., & Kerner, W. (2001). Modeling of diamagnetic stabilization of ideal magneto hydrodynamic instabilities associated with the transport barrier. American Institute of Physics.
Knapp, J.S. & HoweII, J.A. (1978) Treatment of primary sewage sludge with enzymes.
Biotechnol. Bioeng, 20. 1221-1234.
Morag, E. (2010, November 25). Solicitud de patente internacional WO 2010/055495
A3: Methods and compositions for enhanced bacterial hydrolysis of cellulosic feedstocks.
Romero, R. (2013, February 20). Solicitud de patente EP 2559768 A1 : Enzymatic hydrolysis pretreatment of lignocellulosic materials.
Róssie, W.H. & Pretorius, W.A. (2001). A review of characterisation requirements for in-line prefermenters. Paper 2: Process characterisation. Water SA, 27(3). 413- 422.
Roxburgh, R., Sieger, R., Johnson, B. R., Rabinowitz, B., Goodwin, S., Crawford, G.
V., Daigger, G.T. (2006) Sludge Minimization Technologies- Doing More To Get Less. Proceedings of the 79th WEF Conference and Exhibition. Dallas, Texas, USA.
Sakai, J., Nohturfft, A., Cheng, D., Ho, Y.K., Brown, M.S., and Goldstein, J.L (1997).
Identification of complexes between the COOH-terminal domains of sterol regulatory element binding proteins (SREBPs) and SREBP cleavage-activating protein (SCAP). J. Biol. Chem. 272. 20213-20221.
Sales, M. D., Romero, G. L. I., Álvarez, G. C. J., & Fernández, G. L. A. (2009,
November 12). Solicitud de patente internacional WO 2009/135967 A1 :
Pretratamiento biológico de residuos sólidos orgánicos.
Tanaka, T., Manóme, Y., Wen, P., Kufe, D. W. & Fine, H. A. (1997) Viral vector- mediated transduction of a modified p I ate let factor 4 cDNA inhibits angiogenesis and tumor growth. Nat. Med, 3. 437-442
Yu, S., Zhang, G., Li, J, Zhao, Z. & Kang, X.( 2013). Effect of endogenous hydrolytic enzymes pretreatment on the anaerobio digestión of sludge. Bioresource
Technology: Elsevier. 758-761.
DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA INVENCIÓN
El primer objeto de la presente invención está constituido por un método de pretratamiento biológico de materia orgánica biodegradable susceptible de ser sometida a un proceso de hidrólisis, que comprende:
someter una corriente acuosa que contiene la materia orgánica en una concentración entre 0,1 y 100 g/L (del volumen total de corriente) a cultivo de organismos generadores de enzimas hidrolíticas presentes en dicha corriente, en agitación y sin aporte externo de nutrientes, siendo la materia orgánica el propio sustrato a partir del cual se cultivan los organismos para su enriquecimiento en la corriente acuosa, y
someter la corriente acuosa enriquecida a un proceso biológico de hidrólisis en una etapa posterior al pretratamiento.
La invención ofrece así un nuevo pretratamiento de aplicabilidad en continuo o en discontinuo en procesos de hidrólisis o en cualquier proceso más amplio del que la reacción de hidrólisis forme parte, como es la digestión anaerobia (y más concretamente la digestión anaerobia de fangos o lodos primarios en una planta depuradora), de bajo coste y basado en el cultivo y enriquecimiento de los propios organismos hidrolíticos presentes en la corriente empleando la propia materia orgánica como sustrato, para la posterior bioaumentación del proceso de hidrólisis al que se somete dicha materia orgánica gracias a las enzimas hidrolíticas producidas por dichos organismos enriquecidos. El pretratamiento de la materia orgánica está diseñado para optimizar las condiciones de crecimiento de los organismos que generan enzimas hidrolíticas (también llamados aquí organismos hidrolíticos), que son los que posteriormente van a acelerar la propia reacción de hidrólisis a la que se somete la biomasa pretratada (enriquecida). Adicionalmente, debe tenerse en cuenta que el sustrato para el crecimiento de los organismos hidrolíticos es la propia materia orgánica contenida en la corriente acuosa que va a ser sometida posteriormente a hidrólisis, y no depende por tanto de aportaciones de nutrientes extra. La materia orgánica forma parte de una corriente acuosa (que en definitiva es un residuo) que siempre contiene humedad, cuya fase acuosa permite el crecimiento de los organismos, procedente de un proceso industrial que está asociado al de la propia fase de hidrólisis, bien porque está relacionado con ella o porque está físicamente próximo a la misma, de tal forma que este método de pretratamiento no es externo sino que se puede integrar en el proceso en el que se va a tratar la biomasa (mediante hidrólisis) para reducir residuos o producir biogás y/o el propio proceso que origina la corriente acuosa de materia orgánica. De este modo, frente a otros pretratamientos biológicos conocidos, es posible integrar el de la presente invención en la propia línea de producción y tratamiento de la materia orgánica.
De manera general, debe entenderse en el marco de la presente invención que la corriente acuosa que contiene la materia orgánica es originada en un proceso biológico de degradación, espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía. Así, la materia orgánica está presente en forma concentrada en la corriente acuosa (concentración comprendida entre 0,1 y 100 g/L), dicha corriente conteniendo a su vez biomasa en forma de cultivo heterogéneo de organismos (bacterias, etc.) y nutrientes. De esta definición se desprende que la corriente de materia orgánica sometida a pretratamiento en el método aquí descrito es preferentemente el residuo de un proceso industrial, ya sea un residuo final del proceso o un residuo intermedio que todavía puede ser potencialmente tratado (como es el caso de los fangos o lodos procedentes de la decantación primaria en una planta depuradora). Los impactos positivos en el campo técnico del pretratamiento descrito son los siguientes:
- reducción del volumen de residuos (como son fangos) generados en el proceso biológico de hidrólisis (por ejemplo, anaerobio) en el que se aplica el pretratamiento en cuestión y, por tanto, de los costes de transporte y disposición del mismo; - aumento del volumen de biogás generado en el proceso de hidrólisis bioaumentado con el pretratamiento y, por tanto, de la cantidad de energía recuperable del sistema;
- mejora del balance de energía y sostenibilidad del proceso bioaumentado por el pretratamiento, que se debe al bajo consumo energético del mismo y a sus potenciales efectos en la mejora de la producción de energía de los procesos bioaumentados;
- mejora de la velocidad del proceso bioaumentado por el pretatamiento, lo que favorece la construcción de reactores más reducidos para los procesos bioaumentados y, por tanto, una reducción en los costes de capital de los mismos.
En definitiva, la mejora en el rendimiento del proceso de hidrólisis gracias al pretratamiento previo se puede traducir en una disminución en la producción de residuos, un aumento en la cinética de eliminación de materia orgánica, un aumento en la solubilización de materia orgánica particulada o un aumento en la producción de biogás y, por tanto, en el rendimiento del proceso de hidrólisis.
De lo anteriormente descrito, y dado que pretratamiento y proceso de hidrólisis de la materia orgánica van íntimamente ligados en el método objeto de patente, debe entenderse que la presente invención engloba asimismo un proceso industrial en el que se genera y se trata la corriente acuosa que contiene la materia orgánica en una concentración comprendida entre 0, 1 y 100 g/L, que comprende el pretratamiento biológico de la materia orgánica a hidrolizar mediante el método anteriormente descrito de cultivo de organismos hidrolíticos en agitación y sin aporte externo de nutrientes y siendo la materia orgánica el propio sustrato a partir del cual se cultivan dichos organismos para su enriquecimiento en la corriente acuosa antes de dirigir y someter la corriente enriquecida a la etapa de hidrólisis, y donde dicha etapa de hidrólisis es la propia fase de tratamiento de la materia orgánica en el proceso industrial. De acuerdo con esta descripción, debe entenderse que el proceso industrial objeto de protección se caracteriza por que comprende el método de pretratamiento biológico de la corriente acuosa integrado entre la fase en la que se genera dicha corriente y la fase en la que se trata la misma. Otro objeto de la presente invención lo constituye una instalación para el pretratam iento biológico de materia orgánica susceptible de ser sometida a hidrólisis según se define anteriormente, acoplable a una instalación industrial en la que se genera y trata dicha corriente de materia orgánica, y que comprende:
- un reactor (1 ) de pretratam iento biológico, cuya configuración varía en función de la temperatura a la que se cultiven los organismos hidrolíticos en la corriente acuosa dentro del mismo y cuyo tamaño se define en función del caudal de entrada de la corriente y del tiempo de retención hidráulico de la misma, que incluye:
o medios de calefacción (2) para seleccionar los organismos hidrolíticos a crecer y favorecer su cultivo;
o medios de agitación (3), para asegurar que el contenido del reactor (1 ) esta adecuadamente mezclado durante la etapa de cultivo;
- medios de bombeo (4), como por ejemplo una bomba dosificadora, ubicados a la salida (5) del reactor (1 ) de pretratam iento, que dirigen la corriente enriquecida en la etapa de pretratamiento a un dispositivo (6) en el que se lleva a cabo el proceso de hidrólisis posterior de la segunda etapa, y que fija el tiempo de retención hidráulica de la biomasa en el reactor (1 ).
Esta instalación es compacta y sencilla, de tal forma que no requiere complejos dispositivos para hacer crecer organismos hidrolíticos en la biomasa a hidrolizar, ni tampoco ofrece grandes complicaciones para integrarse en la línea de generación y tratamiento de corrientes acuosas con materia orgánica en una planta industrial.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Existen dos variantes preferidas del método de pretratamiento biológico esencial anteriormente definido: en una realización particular, puede someterse a pretratamiento el total de la corriente acuosa de materia orgánica que va a ser posteriormente tratada mediante hidrólisis. En una segunda realización particular, de la corriente total a hidrolizar puede ser previamente extraída sólo una parte o alícuota de la misma para ser pretratada siguiendo el método descrito y, una vez enriquecida en organismos generadores de enzimas hidrolíticas, dicha fracción se adiciona de nuevo al resto de la corriente a hidrolizar. En este caso, la alícuota o fracción enriquecida en organismos hidrolíticos y las enzimas que estos producen sirven como "catalizador" o "acelerador" en el proceso posterior de hidrólisis, extendiéndose al total de materia orgánica contenida en la corriente acuosa. En un caso preferido, la alícuota o fracción de la corriente que se desvía y se somete a cultivo de organismos hidrolíticos representa entre el 10% y el 20% del volumen total a hidrolizar (de la corriente acuosa de materia orgánica), de tal forma que esta cantidad es suficiente para incrementar la velocidad de hidrólisis y mejorar el rendimiento del proceso para toda la corriente. En una realización particular, el volumen total de corriente a hidrolizar en la segunda etapa corresponde al volumen total de la corriente acuosa de la que se extrae la alícuota; por tanto, dicha fracción representa el 10%-20% del volumen total de la corriente acuosa inicial que contiene la materia orgánica. Pero también es posible mezclar dicha corriente acuosa con otra u otras similares en la etapa de hidrólisis, por ejemplo en procesos industriales en los que se produce más de una corriente de residuos acuosos (fangos primarios y secundarios de una depuradora); en estos casos, el volumen de corriente total a hidrolizar está representado por la suma de los volúmenes de las diferentes corrientes que se mezclan, y es el valor de partida que se toma como referencia para calcular el 10%-20% en volumen de la alícuota.
Si bien la corriente acuosa contiene materia orgánica en una concentración comprendida entre 0, 1 y 100 g/L del volumen total, dicha concentración está preferiblemente comprendida entre 10 y 100 g/L.
Preferentemente, la corriente de materia orgánica a pretratar biológicamente es un residuo húmedo (acuoso) que se genera en el propio proceso industrial en el que se trata la corriente mediante hidrólisis, es decir, es a la vez un proceso de producción del residuo y de tratamiento del mismo antes de su desecho/reutilización por hidrólisis. En general, el pre tratamiento descrito es aplicable a cualquier industria que genere un residuo orgánico que sea tratado en la propia industria: industria papelera (generación de residuos celulósicos con posterior tratamiento), industria alimenticia (conservas, mataderos, destilerías, etc.) con tratamiento de los fangos y demás residuos de producción. También es posible acoplar el pretratamiento a la industria productora de biocombustible en la que se trate in situ los residuos de los materiales que se empleen para generar el biocombustible. Otro caso aplicable es el de vertederos en los que se lleve a cabo tratamiento de todos o parte de los residuos sólidos, o incluso en el tratamiento in situ de suelos contaminados mediante biorremediación. En todos estos casos, el pretratamiento constituye un paso intermedio entre una etapa anterior en la que se produce el residuo acuoso que contiene la materia orgánica a hidrolizar y la etapa de hidrólisis en la que dicho residuo es tratado. Éste es el caso más preferido, por cuanto no se necesitan instalaciones adicionales ni fases o procesos intermedios: simplemente se integra el método de pretratamiento en el proceso global del que la hidrólisis de la materia orgánica forma parte, de tal forma que se desvía toda o parte de la corriente acuosa generada como residuo en el proceso industrial a la etapa de pretratamiento biológico para el cultivo de los organismos hidrolíticos, previo al proceso de tratamiento mediante hidrólisis de la materia orgánica. Por ejemplo, si se aplica el pretratamiento biológico a un proceso de tratamiento de aguas residuales que tiene lugar en una depuradora, se emplean los fangos o lodos generados en la etapa de decantación primaria como corriente de materia orgánica concentrada que se pretrata y, posteriormente, se someten dichos fangos a hidrólisis en el tratamiento secundario de digestión anaeróbica junto al resto de fangos primarios (si procede) y los fangos secundarios, como es habitual en la depuración de aguas. En estos casos, el proceso de depuración de agua comprende a) una etapa de decantación primaria, b) la etapa de pretratamiento biológico de todos o parte de los fangos producidos en dicha decantación primaria y c) una etapa de digestión anaerobia de los fangos, tanto los primarios con los fangos secundarios generados en una etapa secundaria, que es donde se añade/aplica la corriente de fangos enriquecida con el pretratamiento. En esta realización, es importante destacar que el enriquecimiento de los organismos hidrolíticos por pretratamiento de una fracción de los fangos primarios permite realizar el proceso en continuo o en discontinuo y resulta en una mejora global del proceso de hidrólisis de fangos en el que se integra; es decir, existe una sinergia entre el pretratamiento y el proceso posterior de hidrólisis (que forma parte del proceso global de depuración de aguas), aumentando así el rendimiento a nivel general.
Así, si el pretratamiento se encuentra integrado en la línea de fangos de un proceso de tratamiento de aguas residuales en una planta depuradora, entonces el proceso en cuestión comprende preferentemente al menos las siguientes etapas esenciales:
- desviar toda la corriente o una fracción de fangos primarios generados en una primera fase de decantación del agua de entrada a la planta depuradora y dirigir dicha corriente o fracción para cultivar y enriquecer los organismos hidrolíticos;
- someter la corriente o fracción de fangos primarios desviada a cultivo de los organismos hidrolíticos presentes en dichos fangos, en agitación y sin aporte externo de nutrientes, y
- bombear la corriente o fracción de fangos primarios enriquecidos en organismos hidrolíticos a un proceso de digestión anaerobia de una mezcla formada por los fangos primarios y los fangos secundarios generados en una segunda fase de tratamiento del agua.
De esta descripción, así como de lo indicado anteriormente, se desprende que existen dos realizaciones particulares. En una primera realización del método se desvía de la corriente general de fangos de la depuradora todo el volumen de los fangos primarios generados en la primera fase de decantación del agua residual, para ser enriquecidos en organismos hidrolíticos mediante el pretratamiento descrito. De este modo, la corriente total de fangos enriquecida se retorna tras el pretratamiento al ciclo general de la depuradora, donde junto a los fangos secundarios se somete a digestión anaerobia. Por otra parte, en una segunda realización se desvía de la corriente de fangos primarios sólo una parte o fracción de los mismos para ser dirigidos al pretratamiento, de acuerdo con las condiciones indicadas (volumen de la fracción entre el 10% y el 20% del volumen total de la corriente de fangos a hidrolizar). De esta forma, dicha fracción de fangos enriquecidos se dirige tras el pretratamiento a la digestión anaerobia junto con una mezcla formada por el resto de fangos primarios no pretratados y los fangos secundarios. En este caso, la alícuota tiene un volumen comprendido entre 10%-20% del volumen total representado por la suma de la corriente de fangos primarios y por la corriente de fangos secundarios.
Tiene que tenerse en cuenta que normalmente se cree en el campo técnico que dentro de los organismos hidrolíticos en estos procesos son las bacterias las principales partícipes en la hidrólisis, pero dicha afirmación es demasiado limitante porque hay otros organismos, más desarrollados, que también generan enzimas hidrolíticas y que están presentes en las corrientes acuosas industriales que contienen materia orgánica. De este modo, el cultivo de bacterias hidrolíticas en el pretratamiento objeto de interés es un caso preferido, pero no limitante del grupo de organismos a cultivar. Parece evidente que el tipo de organismos hidrolíticos a cultivar (generadores de enzimas hidrolíticas) en el pretratamiento va a depender de la naturaleza y propiedades de la corriente residual seleccionada y de la materia orgánica que ésta contiene. Además, es posible variar y modular las condiciones de cultivo para favorecer el crecimiento y proliferación de unos organismos u otros, así como variar y modular dichas condiciones de pretratamiento para potenciar la producción de las enzimas hidrolíticas deseadas por parte de dichos organismos (ambos se enriquecen en la corriente en las mismas condiciones, al tener una relación causal de efecto inmediato). Por esta razón, limitar la invención a unas condiciones concretas de cultivo limitaría innecesariamente el ámbito de protección de la misma. No obstante, tratándose de organismos hidrolíticos, que pueden ser preferentemente bacterias, la temperatura a la que se cultiva la corriente está preferentemente comprendida entre 25°C y 65°C y más preferentemente entre 30-60°C. En una realización particular la corriente se somete al cultivo en régimen mesofílico, es decir entre 25°C-45°C. En otra realización particular, se somete a régimen termofílico, es decir entre 45°C-65°C.
También preferentemente, en el pretratamiento se somete la corriente acuosa a selección de organismos hidrolíticos durante un tiempo de retención hidráulico (de sólidos) comprendido entre 24-48 horas. El cultivo de los organismos en el pretratamiento se lleva a cabo preferentemente a un pH entre 4 y 6, siendo más preferentemente de 5. Este bajo pH se debe a la ruptura de moléculas complejas para formar ácidos grasos volátiles; mientras el pH se mantenga sobre este valor, el proceso está funcionando de forma adecuada.
En definitiva, los organismos hidrolíticos que se enriquecen en el pretratamiento debido a la temperatura y tiempo de retención del mismo pertenecen a un consorcio amplio de microorganismos. En general, la corriente acuosa a tratar, sea cual sea su procedencia (por ejemplo los fangos primarios activos de una depuradora) contiene un cultivo muy variado de microorganismos, y señalar a un grupo específico es complejo y, en general, de poca utilidad. Lo que determina el funcionamiento del método no es la clasificación filogenética de los organismos sino las enzimas hidrolíticas que estos segregan en el pretratamiento. No obstante, por aportar información más precisa sobre el método en cuestión a proteger, se puede hablar de que los organismos son preferentemente bacterias, y las bacterias cultivadas son preferentemente aquellas que segregan en el pretratamiento (y que causan una mejora del proceso posterior de hidrólisis) enzimas de la familia de las hidrolasas. En concreto, las principales son preferentemente seleccionadas dentro del grupo compuesto por: las lipasas, proteasas, celulasas y amilasas.
En línea con lo descrito respecto al método, los medios de bombeo que contiene la instalación de pretratamiento impulsan a la salida del reactor de pretratamiento la corriente enriquecida que va a ser tratada en la etapa posterior de hidrólisis. Esta corriente será, en una realización, toda la corriente acuosa a hidrolizar, o en otra realización alternativa será la parte o alícuota desviada de la corriente acuosa general, que es preferentemente de un volumen comprendido entre 10% y 20% del volumen total de la corriente a hidrolizar. Además, como se ha afirmado anteriormente, el tamaño del reactor depende no sólo del caudal de la corriente acuosa a pretratar sino también del tiempo de retención de dicha corriente en el interior del reactor. En este sentido, como el tiempo de retención en el método se establece preferentemente entre 24 y 48 horas, entonces se reduce favorablemente el tamaño del reactor.
En un caso preferido del método antes descrito, se pretrata una corriente acuosa concentrada de materia orgánica procedente de un proceso asociado, relacionado, o cercano al proceso de hidrólisis al que se va a someter dicha corriente (en general, un residuo), de tal forma que es asimismo aquel proceso en el que se encuentra implementado el pretratamiento. En este caso, la sencilla y compacta instalación de pretratamiento biológico objeto de patente se encuentra además acoplada a una instalación superior en la que se producen residuos de materia orgánica y estos son tratados por hidrólisis, por ejemplo mediante digestión anaeróbica (en una planta depuradora), de tal forma que el reactor de pretratamiento de la instalación se encuentra conectado a su entrada a un elemento de conducción de la corriente de materia orgánica residual que se produce en otro dispositivo de la instalación superior (por ejemplo, un decantador primario), y a su salida al dispositivo donde comúnmente es tratada dicha corriente de materia orgánica residual por hidrólisis (en el caso particular comentado, un tanque de digestión de fangos mixtos -primarios y secundarios-). En este caso, se trata por ejemplo de una planta de tratamiento de residuos acuosos, como son las depuradoras de aguas residuales urbanas, donde la entrada del reactor de pretratamiento está conectada a medios de conducción de fangos primarios generados en un primer decantador, antes de que dichos medios de conducción recojan a su vez los fangos secundarios procedentes de un segundo decantador y se conecten en su segundo extremo con un tanque de digestión anaerobia de fangos mixtos; y la salida del reactor de hidrólisis está conectada a unos medios de conducción de fangos primarios enriquecidos en organismos hidrolíticos al interior del tanque de digestión anaerobia de fangos mixtos. Así, la invención cubre por tanto en un caso preferido una planta de tratamiento primario y secundario de agua, con línea de fangos, que comprende:
- una unidad de tratamiento primario (8) y un decantador primario (9), conectados a
- un tanque de proceso biológico (10) y un decantador secundario (11 );
- medios de bombeo de fangos primarios (12) originados en el decantador primario (9) y medios de bombeo de fangos secundarios (13) originados en el decantador secundario (11);
- medios de conducción y canalización (14) de los fangos primarios y secundarios desde el decantador primario (9) y secundario (11 ), respectivamente, hasta
- un digestor biológico anaerobio (6) para el tratamiento y estabilización de los fangos;
que comprende a su vez acoplada la instalación de pretratamiento según se ha descrito anteriormente, de tal forma que los medios de conducción (14) de fangos comprenden una válvula (7) para separar una fracción de los fangos primarios originados en el decantador primario (9) y dirigir dicha fracción al interior del reactor (1 ) de pretratamiento biológico mediante medios de bombeo (19); de forma preferida, la instalación comprende un reactor intermedio (15) de almacenamiento de la fracción de fangos primario tras la válvula (7) y antes de los medios de bombeo (19); y desde la salida (5) del reactor (1) de pretratamiento biológico se dirige el fango enriquecido hasta el digestor anaerobio (6) donde se juntan los fangos primarios y secundarios dando lugar a los fangos mixtos.
Anteriormente se ha especificado que el pretratamiento puede aplicarse a un proceso de hidrólisis de materia orgánica o, de forma más amplia, a un proceso industrial del que la hidrólisis, como fase o como etapa, forma parte; un caso preferido que cubre la invención es un proceso de tratamiento anaerobio de biomasa, en el que la hidrólisis constituye la primera fase de dicho tratamiento. Un caso muy común y preferido por las propiedades de los residuos que se generan y por el volumen que representa de residuos urbanos es el proceso de tratamiento de fangos mediante digestión anaerobia en una planta de tratamiento secundario de aguas residuales o depuradora. No obstante, el proceso al que se aplica el pretratamiento biológico no sólo se limita al tratamiento de fangos de aguas residuales mediante digestión anaerobia, sino que puede aplicarse también a otros procesos de tratamiento anaerobio de biomasa de los que la reacción de hidrólisis forma parte, que pueden ser también: sistemas anaerobios de membrana, celdas electroquímicas anaerobias o reactores anaerobios de flujo ascendente (denominados abreviadamente UASB, del inglés Upflow Anaerobio Sludge Blanket), entre los más comunes. Aparte del tratamiento de fangos de aguas residuales, el método de pretratamiento y la instalación diseñada para tal fin son aplicables a otras industrias, como las señaladas anteriormente como ejemplo no limitante de aplicación: industria papelera (generación de residuos celulósicos con posterior tratamiento), industria alimenticia (conservas, mataderos, destilerías, etc.) con tratamiento de los fangos y demás residuos de producción, industria productora de biocombustible en la que se trate in situ los residuos de los materiales que se empleen para generar el biocombustible, vertederos en los que se lleve a cabo tratamiento de todos o parte de los residuos sólidos o tratamiento in situ de suelos contaminados mediante bioremediación. DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
FIGURA 1. Diagrama de flujos del método de pretratamiento biológico de materia orgánica objeto de la presente invención, aplicado al tratamiento de una corriente de fangos primarios procedentes de la decantación primaria en plantas de tratamiento de aguas residuales, que incluyen una etapa de tratamiento secundario de dichos fangos mediante digestión anaeróbica. La línea discontinua delimita en la figura la instalación para pretratamiento biológico de la corriente acuosa concentrada de materia orgánica, que son los fangos primarios.
(1) Reactor de pretratamiento biológico
(2) Medios de calefacción del reactor (1)
(3) Medios de agitación del reactor (1)
(4) Medios de bombeo, como una bomba dosificadora, a la salida (5) del reactor (1)
(5) Salida del reactor (1) de pretratamiento biológico que dirige los fangos primarios enriquecidos en organismos hidrolíticos al tanque (6) de digestión anaerobia de fangos
(6) Tanque o reactor de digestión anaerobia de fangos mixtos
(7) Válvula de entrada de fangos primarios al reactor (1) (o a un reactor intermedio (15) de pretratamiento en caso de presencia del mismo)
(8) Unidad de tratamiento primario de la planta depuradora
(9) Decantador primario (10) Tanque de proceso biológico
(1 1) Decantador secundario
(12) Medios de bombeo de fangos primarios desde la salida del decantador primario (9) hasta el tanque de digestión (6)
(13) Medios de bombeo de fangos secundarios desde la salida del decantador secundario (1 1) hasta el tanque de digestión (6)
(14) Medios de conducción de fangos primarios y secundarios hasta el tanque de digestión (6)
(15) Tanque intermedio de almacenamiento de la fracción de fangos primarios tras su desvío con la válvula (7) y antes de ser bombeados al reactor de hidrólisis (1) mediante la bomba dosificadora (4)
(16) Corriente de agua residual de entrada sin tratar
(17) Corriente de agua residual tratada
(18) Corriente de fangos mixtos tratados
(19) Medios de bombeo, como una bomba dosificadora, de fangos primarios al reactor (1) desde el tanque intermedio (15) de almacenamiento de la fracción de fangos primarios tras su desvío con la válvula (7).
REALIZACIÓN PREFERIDA DE LA INVENCIÓN
Un caso preferido de la presente invención lo constituye un método de pre tratamiento biológico de materia orgánica y cultivo de organismos, concretamente bacteriano, de acuerdo a la descripción general en la que dichos componentes se encuentran en los fangos procedentes de la decantación primaria en una planta de tratamiento de aguas residuales, y de tal forma que dicho pretratamiento se integra en el propio proceso de tratamiento de aguas residuales, como una etapa más que es posterior al tratamiento primario pero que tiene por objeto mejorar la reacción de hidrólisis que se produce durante el proceso de digestión anaerobia de los fangos.
En la Figura 1 se muestra con más detalle el método de pretratamiento biológico objeto de patente, el proceso de depuración de aguas y la línea de tratamiento de fangos en el que se acopla y las instalaciones diseñadas para tal fin.
Las plantas convencionales de depuración mezclan los fangos generados en la fase primaria, a partir de una unidad de tratamiento primario (8) y un decantador primario (9), y los fangos generados en la fase secundaria de tratamiento del agua residual, a partir de un tanque de proceso biológico (10) y un decantador secundario (11), para formar fangos mixtos. Normalmente, estos fangos son dirigidos a una línea paralela de tratamiento del agua, donde tras juntarlos mediante bombeo (medios de bombeo de fangos primarios (12) y medios de bombeo de fangos secundarios (13) en medios de conducción y canalización (14), estos fangos mixtos son cargados a un digestor biológico anaerobio (6) para su tratamiento y estabilización. Dado que los fangos secundarios están muy estabilizados, esto dificulta la proliferación de las bacterias hidrolíticas en el digestor anaerobio, reduciendo el rendimiento de la hidrólisis en la digestión anaerobia.
En la planta de tratamiento de aguas residuales en la que se aplica el método de pretratamiento biológico de acuerdo con la presente invención se desvía una fracción o alícuota de los fangos primarios, que es la corriente con materia orgánica a tratar mediante hidrólisis, dicha fracción correspondiente al 10% del total de los fangos mixtos (primarios y secundarios) a tratar en el digestor anaerobio (6) de la planta depuradora. En el ejemplo que nos ocupa, la composición del fango primario en cuanto a proteínas, aceites y grasa y nutrientes totales y disueltos ha sido mostrado en la Tabla 1. Esta fracción de fangos primarios se desvía mediante la válvula (7) cuando se están impulsando dichos fangos a través de los medios de bombeo (12) hasta la instalación de pretratamiento; dicha válvula (7) regula la entrada del fango primario al tanque dependiendo de las necesidades del proceso, y dirige la fracción de fangos al interior del reactor (1 ) mediante una bomba dosificadora (19). En un caso preferido, también pueden mantenerse un tiempo los fangos primarios desviados por la válvula (7) en un tanque intermedio de almacenamiento (15) antes de ser dirigidos al reactor (1 ) mediante la bomba dosificadora (19). Dicho tanque de almacenamiento (15) protege el reactor de pretratamiento (1 ) de posibles interrupciones en el suministro de fangos primarios.
Tabla 1. Composición de fangos primarios (corriente acuosa que contiene materia orgánica biodegradable) en la realización preferida de la invención
Parámetro Concentración
Proteínas 272.5 mg/L
Aceites y Grasas 0.51 %
Potasio Total 120.6 mg/kg Potasio Disuelto 73.5 mg/L
Fósforo Total 257 mg/kg
Fósforo Disuelto 77.95 mg/L
Los fangos primarios en el interior del reactor (1 ) se mantienen homogeneizados mediante medios de agitación (3) lenta, y se someten a temperaturas de 35°C (siendo esta temperatura un ejemplo no limitante) mediante los medios de calefacción (2). El tiempo de retención hidráulico se controla mediante la bomba dosificadora (19) ubicada a la entrada del reactor (1) (o situada entre el tanque intermedio (15) y el tanque de pretratamiento (1 ) en la realización preferida).
El volumen de la fracción de fangos desviado (10% del volumen de fangos mixtos totales producidos en la planta depuradora) y el tiempo de retención hidráulico en el interior del reactor (1 ) de pretratamiento permiten calcular el volumen de dicho reactor (1 ) sin precisar datos adicionales; así, en el caso de operar un digestor anaerobio (6) de los fangos mixtos con un tiempo de retención de 20 días, el volumen de dicho digestor sería de 20 veces el caudal total de fangos mixtos a tratar, mientras que el volumen del reactor (1 ) de pretratamiento sería 0, 1 veces el caudal total de fangos mixtos a tratar. Esto da una idea de lo compacto de la instalación de pretratamiento en comparación al volumen del digestor (6). Esto implica un bajo coste capital y de operación del sistema objeto de protección en esta patente. Dado el carácter corrosivo de los fangos y la temperatura de cultivo de las bacterias hidrolíticas en el pretratamiento, controlada por los medios (2) de calefacción (35°C), este reactor de pretratamiento (1 ) se construye en acero inoxidable AISI316. Para minimizar las pérdidas de calor y aumentar la eficiencia de los medios (2) de calefacción, el reactor (1 ) se completa con una capa externa de calorifugado con lana de roca y chapa de aluminio. Por su parte, los medios (3) de agitación (lenta), de nuevo a bajas revoluciones (por velocidad de agitación lenta puede entenderse aquella comprendida entre 200-1000 revoluciones por minuto), facilita la mezcla de los sólidos en el tanque o reactor (1 ) para que haya un contacto adecuado entre las bacterias hidrolíticas y los sustratos (materia orgánica) de los fangos y que se produzca una transferencia de calor adecuada a todos los puntos del mismo, sin por ello alterar la posible estructura floculenta del influente. Los medios (2) de calefacción tiene que asegurar que el contenido del reactor adquiera una temperatura de aproximadamente 35°C (rango mesófilo, incluido como ejemplo no limitante en esta realización) independientemente de la temperatura del influente de fangos primarios.
Un controlador lógico (no mostrado en la figura) incorporado a la instalación permite operar automáticamente los distintos equipos implicados en el proceso de tratamiento de aguas, atendiendo a medidas de diferentes parámetros tomadas por sondas (no mostradas en la figura) repartidas a lo largo proceso (principalmente, una sonda de pH en el reactor (1 ) de pretratamiento, aunque también puede incluir sondas de temperatura o de caudal), verificando las condiciones de operación adecuadas. El adecuado funcionamiento del proceso de hidrólisis en el reactor (1 ) de pretratamiento se evidencia por la existencia de un pH entre 4 y 6 (normalmente de 5, pero que puede oscilar entre los valores del intervalo citado). Este autómata permite también almacenar los datos de las distintas sondas repartidas por el sistema, con el fin de estudiar el funcionamiento óptimo del mismo.
Una de las innovaciones principales presentada por el método objeto de invención es la selección y crecimiento de organismos generadores de enzimas hidrolíticas, concretamente bacterias en este ejemplo, empleando corrientes concentradas (entre 0, 1 y 100 g/L del volumen total de corriente) de materia orgánica procedentes del propio proceso. De esta forma, no se tiene que emplear caldos de cultivo costosos o realizar el enriquecimiento externo de dichas bacterias (seleccionadas y/o enriquecidas en otros procesos). Concretamente, se demuestra que desviando parte del fango primario (rico en materia orgánica) a un método de pretratamiento incluido en la línea de fangos y separado de la línea de aguas convencional de la planta de depuración, se puede realizar el enriquecimiento de bacterias hidrolíticas. Este enriquecimiento va favorecido por la imposición de parámetros operacionales que impulsan la aparición de este tipo de grupos de bacterias productoras de enzimas hidrolíticas, tal como rangos de temperatura termófilos y mesófilos y bajos tiempos de retención de sólidos en el reactor biológico de pretratamiento. Así, gracias a los bajos valores de tiempo de retención de sólidos empleados (entre 24 y 48 horas), el tamaño del dispositivo para llevar a cabo el pretratamiento es muy reducido y -por tanto- el consumo energético del sistema es mínimo. El método se lleva a cabo con un reactor de pretratamiento compacto, de bajo coste energético y bajo nivel de exigencias a nivel operacional. La instalación diseñada para tal fin es, entonces, fácil de incluir tanto en plantas ya operativas como en plantas de nueva construcción. La descripción detallada de la realización preferente del método de pretratamiento presentada en esta sección, aplicada a una planta depuradora de aguas residuales con digestión anaerobia, se puede aplicar asimismo a otros procesos de tratamiento de fangos con las adaptaciones pertinentes, como son los tratamientos anaerobios del tipo: sistemas anaerobios de membrana, celdas bioelectroquímicas anaerobias, UASB o similares.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un método de pretratamiento biológico de materia orgánica biodegradable previo a un proceso de hidrólisis anaerobio, que comprende:
someter una corriente acuosa que contiene la materia orgánica en una concentración comprendida entre 0, 1 y 100 g/L del volumen total de corriente a cultivo de organismos generadores de enzimas hidrolíticas, en agitación y sin aporte externo de nutrientes durante un tiempo de retención hidráulico comprendido entre 24 y 48 horas y en régimen mesofílico a una temperatura comprendida entre 25°C y 45°C o a régimen termofílico a una temperatura comprendida entre 45°C y 65°C, siendo la materia orgánica el propio sustrato a partir del cual se cultivan los organismos para su enriquecimiento en la corriente acuosa,
antes de someter la corriente acuosa enriquecida al proceso biológico de hidrólisis anaerobio.
2. El método de pretratamiento según la reivindicación 1 , donde se desvía una fracción de la corriente acuosa que representa un volumen comprendido entre 10% y 20% del volumen total a hidrolizar, se somete al cultivo de organismos y se adiciona posteriormente al resto de la corriente acuosa antes de ser sometida al proceso biológico de hidrólisis anaerobio.
3. El método de pretratamiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, donde la corriente acuosa a pretratar se origina en el propio proceso industrial en el que dicha corriente se somete al proceso biológico de hidrólisis anaerobio, de tal forma que la corriente se somete al cultivo de organismos en una etapa intermedia entre la etapa donde se origina la corriente y el proceso biológico de hidrólisis donde se trata la misma.
4. El método de pretratamiento de la reivindicación anterior, donde el proceso industrial es un proceso de depuración de aguas residuales urbanas en una depuradora que comprende una línea de tratamiento de fangos, un tratamiento primario de decantación del agua residual, un tratamiento secundario del agua residual y un tratamiento de digestión anaerobia de los fangos del que el proceso biológico de hidrólisis forma parte, de tal forma que el método de pretratamiento comprende:
- desviar toda la corriente o una fracción de fangos primarios generados en el tratamiento primario del agua de entrada a la planta depuradora para cultivar y enriquecer los organismos hidrolíticos; y
- someter la corriente o fracción de fangos primarios desviada a cultivo de los organismos hidrolíticos presentes en los fangos, en agitación y sin aporte externo de nutrientes;
antes de bombear la corriente o fracción de los fangos primarios enriquecidos en organismos hidrolíticos al proceso de digestión anaerobia de una mezcla formada por los fangos primarios y fangos secundarios generados en el tratamiento secundario del agua.
5. El método de pretratamiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los organismos generadores de enzimas hidrolíticas cultivados en la corriente son del tipo que segrega enzimas de la familia de las hidrolasas.
6. El método de pretratamiento según la reivindicación anterior, donde las enzimas de la familia de las hidrolasas son seleccionadas dentro del grupo compuesto por: amilasas, proteasas, celulasas y lipasas.
7. Una instalación para el pretratamiento biológico de materia orgánica biodegradable previo a un proceso de hidrólisis anaerobio según el método que se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, acoplable a una instalación industrial en la que se genera y trata dicha corriente de materia orgánica a pretratar, caracterizada por que comprende:
- un reactor (1 ) de pretratamiento biológico, que incluye:
o medios de calefacción (2) para seleccionar los organismos generadores de enzimas hidrolíticas a crecer y favorecer su cultivo;
o medios de agitación (3), para asegurar que el contenido del reactor (1) esta adecuadamente mezclado durante la etapa de cultivo;
- medios de bombeo (4), ubicados a la salida (5) del reactor (1 ) de pretratamiento, que dirigen la corriente enriquecida en la etapa de pretratamiento a un dispositivo (6) en el que se lleva a cabo el proceso de hidrólisis de la segunda etapa, y que fija el tiempo de retención hidráulica de la biomasa en el reactor (1).
8. La instalación de la reivindicación anterior, que se encuentra acoplada a una planta de tratamiento primario y secundario de agua que incluye una línea de tratamiento de fangos y que comprende:
- una unidad de tratamiento primario (8) y un decantador primario (9), conectados a
- un tanque de proceso biológico (10) y un decantador secundario (11 );
- medios de bombeo de fangos primarios (12) originados en el decantador primario (9) y medios de bombeo de fangos secundarios (13) originados en el decantador secundario (11);
- medios de conducción y canalización (14) de los fangos primarios y secundarios desde el decantador primario (9) y secundario (11 ), respectivamente, hasta
- un digestor biológico anaerobio (6) para el tratamiento y estabilización de los fangos;
de tal forma que los medios de conducción (14) de fangos comprenden una válvula (7) para separar una fracción de los fangos primarios originados en el decantador primario (9) y dirigir dicha fracción al interior del reactor (1 ) de pretratamiento biológico mediante medios de bombeo (19); y el reactor (1 ) de pretratamiento biológico comprende una salida (5) del fango primario enriquecido, que se conecta con el digestor anaerobio (6) mediante los medios de bombeo (4) donde se juntan los fangos primarios y secundarios dando lugar a los fangos mixtos a hidrolizar.
9. La instalación según la reivindicación anterior, que comprende un controlador lógico y sondas de calor, caudal y/o pH para operar automáticamente las válvulas y medios de conducción de la planta y regular el desvío de la fracción de fangos primarios al reactor (1 ) y la salida de los fangos enriquecidos desde dicho reactor (1 ) al tanque de digestión de fangos (6).
10. La instalación según una cualquiera de las reivindicaciones 8 ó 9, que incluye un reactor intermedio (15) de almacenamiento de la fracción de los fangos primarios tras ser separados por la válvula (7) de la corriente y antes de dirigir dicha fracción al interior del reactor (1 ) de pretratamiento mediante los medios de bombeo (19).
PCT/ES2015/070952 2015-03-03 2015-12-24 Método de pretratamiento biológico para procesos de hidrólisis WO2016139377A1 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES201530271A ES2555358B1 (es) 2015-03-03 2015-03-03 Método de pretratamiento biológico para procesos de hidrólisis
ESP201530271 2015-03-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016139377A1 true WO2016139377A1 (es) 2016-09-09

Family

ID=54883799

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/ES2015/070952 WO2016139377A1 (es) 2015-03-03 2015-12-24 Método de pretratamiento biológico para procesos de hidrólisis

Country Status (2)

Country Link
ES (1) ES2555358B1 (es)
WO (1) WO2016139377A1 (es)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107804917A (zh) * 2017-07-21 2018-03-16 中海油天津化工研究设计院有限公司 一种用于提高工业废水生化系统处理效率的生物增效剂
WO2020165007A1 (de) * 2019-02-15 2020-08-20 Meri Environmental Solutions Gmbh Verfahren zur reinigung von in einer anlage zur altpapieraufbereitung im kreislauf geführten prozesswasser mit enzymen

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0134766A1 (en) * 1983-08-10 1985-03-20 Purac Aktiebolag Method of treating peroxide-containing wastewater
WO2001085627A1 (en) * 2000-05-12 2001-11-15 United Utilities Plc Sludge treatment at a mesophilic temperature
JP2005270862A (ja) * 2004-03-25 2005-10-06 Sumitomo Heavy Ind Ltd 嫌気性処理装置

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996028400A1 (en) * 1995-03-13 1996-09-19 Finney Jerry W Biomass reduction and bioremediation processes and products
FR2744937B1 (fr) * 1996-02-21 1998-04-10 Europ Agence Spatiale Procede et installation de traitement des dechets organiques et applications dudit procede

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0134766A1 (en) * 1983-08-10 1985-03-20 Purac Aktiebolag Method of treating peroxide-containing wastewater
WO2001085627A1 (en) * 2000-05-12 2001-11-15 United Utilities Plc Sludge treatment at a mesophilic temperature
JP2005270862A (ja) * 2004-03-25 2005-10-06 Sumitomo Heavy Ind Ltd 嫌気性処理装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107804917A (zh) * 2017-07-21 2018-03-16 中海油天津化工研究设计院有限公司 一种用于提高工业废水生化系统处理效率的生物增效剂
WO2020165007A1 (de) * 2019-02-15 2020-08-20 Meri Environmental Solutions Gmbh Verfahren zur reinigung von in einer anlage zur altpapieraufbereitung im kreislauf geführten prozesswasser mit enzymen

Also Published As

Publication number Publication date
ES2555358B1 (es) 2016-10-04
ES2555358A1 (es) 2015-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nie et al. How does temperature regulate anaerobic digestion?
Jankowska et al. Biogas from microalgae: Review on microalgae's cultivation, harvesting and pretreatment for anaerobic digestion
Yen et al. Anaerobic co-digestion of algal sludge and waste paper to produce methane
Ramos-Suárez et al. Optimization of the digestion process of Scenedesmus sp. and Opuntia maxima for biogas production
Prajapati et al. Phycoremediation coupled production of algal biomass, harvesting and anaerobic digestion: possibilities and challenges
Kendir et al. A comprehensive review on pretreatment of microalgae for biogas production
Zhou et al. Environment-enhancing algal biofuel production using wastewaters
Mahdy et al. Enzymatic pretreatment of Chlorella vulgaris for biogas production: influence of urban wastewater as a sole nutrient source on macromolecular profile and biocatalyst efficiency
Namsree et al. Anaerobic digestion of pineapple pulp and peel in a plug-flow reactor
Miao et al. Codigestion of Taihu blue algae with swine manure for biogas production
Qiao et al. Biogas production from supernatant of hydrothermally treated municipal sludge by upflow anaerobic sludge blanket reactor
Sun et al. Performance and microbial community analysis of an algal-activated sludge symbiotic system: Effect of activated sludge concentration
Dębowski et al. The influence of anaerobic digestion effluents (ADEs) used as the nutrient sources for Chlorella sp. cultivation on fermentative biogas production
Montalvo et al. Microaerobic pretreatment of sewage sludge: Effect of air flow rate, pretreatment time and temperature on the aerobic process and methane generation
Yang et al. Enhancing biohydrogen production from waste activated sludge disintegrated by sodium citrate
Yang et al. Using air instead of biogas for mixing and its effect on anaerobic digestion of animal wastewater with high suspended solids
Handous et al. Two-stage anaerobic digestion of meat processing solid wastes: methane potential improvement with wastewater addition and solid substrate fermentation
Marín et al. Anaerobic digestion of food waste coupled with biogas upgrading in an outdoors algal-bacterial photobioreactor at pilot scale
Du et al. Stimulating methane production from microalgae by alkaline pretreatment and co-digestion with sludge
Elsharkawy et al. Comparative analysis of common full scale reactors for dry anaerobic digestion process
Liczbiński et al. Anaerobic co-digestion of kitchen waste with hyperthermophilically pretreated grass for biohydrogen and biomethane production
Giménez et al. Use of rumen microorganisms to boost the anaerobic biodegradability of microalgae
Qi et al. Fermentation liquid production of food wastes as carbon source for denitrification: Laboratory and full-scale investigation
Sobhi et al. Hybrid technology for nutrients recovery as microbial biomass and ammonium sulfate from un-diluted biogas liquid digestate using a modified airlift reactor
DE102005025508A1 (de) Weitergehendes - Biotechnologisches - Flüssigschlamm - Desintegrations - Verfahren (WBFD - Verfahren)

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15830792

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15830792

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1