ES2157879T3 - Procedimiento e instalacion para el tratamiento de aguas residuales procedentes del tratamiento de frutos oleaginosos y de cereales. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para el tratamiento de aguas residuales del procesamiento de frutos oleaginosos y cereales con las características siguientes: - se somete el agua residual fresca a tratar a un tratamiento previo mediante una acidificación con una oculación biógena y una separación de sólidos, - a continuación, se sigue tratando el agua residual previamente tratada por vía anaerobiomesófila mediante una biomasa suspendida y fijada a un soporte, en donde la fijación se realiza utilizando una biología de biopelícula en lecho móvil con cuerpos huecos cilíndricos como material soporte, y se retiran biogás obtenido y fango producido.

Description

Procedimiento e instalación para el tratamiento de aguas residuales procedentes del tratamiento de frutos oleaginosos y de cereales.

La invención se refiere a un procedimiento y a una instalación para el tratamiento de aguas residuales procedentes de frutos oleaginosos y de cereales, especialmente aguas residuales de la producción de aceite de oliva (

\hbox{OMW – olive}

oil mill waste water), que garantiza una reducción amplia de las substancias contenidas en las aguas residuales contaminantes del medio ambiente teniendo en cuenta factores económicos.

Las aguas residuales procedentes del tratamiento de plantas oleaginosas y de cereales, especialmente de almazaras de aceite de colza, de girasol o de oliva se caracterizan por una carga orgánica alta. Una característica especial de estas aguas residuales se da a través del componente suspendido muy alto, condicionado por el proceso de producción a través de un desmenuzamiento con una prensado o centrifugado siguiente. Los frutos oleaginosos caen estacionalmente durante la época de la recolección, en el caso de OMW entre noviembre y marzo. Pueden contener componentes tóxicos, que dificultan un tratamiento biológico.

El empleo de una tecnología para el tratamiento de aguas residuales de frutos oleaginosos se realiza con preferencia en regiones agrícolas y/o poco industrializadas. De ello se derivan determinados requerimientos económicos.

En la literatura se representan soluciones técnicas de procedimientos y de aparatos para el tratamiento de OMW, que se apoyan en métodos físicos, químicos, bioquímicos y biológicos y sus combinaciones.

En el documento EP 0 441 103 A1 se describe el tratamiento de las OMW por medio de oxidación aerobia, refrigeración siguiente y filtración posterior a través de arena de sílice o carbón activado.

En el documento EP 0 295 722 A1, las OMW son pulverizadas en una torre a contracorriente por aire insaturado y el producto concentrado que resulta de esta manera es conducido a un tratamiento de secado. Se refiere a las modificaciones generales de la tecnología de la producción de aceite, acompañadas de cantidades mayores de aguas residuales y a la reducción de los contenidos de substancias secas de las OMW que ello implica, lo que reduce la rentabilidad de este procedimiento.

El documento EP 0 520 239 A1 describe la adición de agentes oxidantes a las OMW, opcionalmente en combinación con enzimas.

En el documento WO 96/05145 se mezclan 300 litros de bentonita natural por cada m^{3} de OMW y de esta manera se genera un substrato sólido.

En el documento WO 95/32158 se alimenta un residuo orgánico a un tratamiento anaerobio. Previamente se elabora el residuo mecánicamente y se trata con calor. Se extrae el lodo resultante. El residuo pretratado es conducido a un recipiente caliente, en forma de embudo. El residuo líquido resultante es desprendido del depósito, es mezclado con agua y es conducido de nuevo al depósito. El biogas resultante es descargado. Este procedimiento anaerobio de una fase se refiere al tratamiento de residuos sólidos orgánicos.

El documento DE 19703018 A1 describe un procedimiento para la fermentación anaerobia de lodos de clarificación. Se presta una atención especial en este caso a la desfloculación físico-química del lodo antes, durante y después de las fases individuales de fermentación con el objetivo de conseguir una fermentación más efectiva. El procedimiento pretende una optimización de la fermentación de lodos de clarificación a través de procesos de disolución y no la reducción de substancias contenidas en las aguas residuales a través de la separación de las fases y la extracción de la substancia sólida.

En el documento WO 97/47561 se describe un procedimiento para el tratamiento de aguas residuales altamente cargadas y/o tóxicas también procedentes de la producción de aceite. Además de la disposición de varias fases de tratamiento físicas y químicas, se lleva a cabo un tratamiento biológico en uno o varios reactores aerobios, anóxicos con una conducción al menos parcial del circuito con alimentación de oxígeno y adición de bacterias. Este procedimiento se caracteriza por una pluralidad de fases del procedimiento así como por la adición de oxígeno, lo que se puede estimar como muy intensivo de energía y como poco rentable según el caso de aplicación.

Un informe de investigación de AVENI [Water Res. Vol. 19 (1985), Nº 5, páginas 667, 669] se refiere al tratamiento anaerobio de OMW como un procedimiento de una fase con un reactor convencional de lecho de lodo.

En el documento EP 0 711 732 A2 se describe un reactor UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) para la depuración anaerobia de aguas residuales. Un reactor UASB se provee con módulos que pueden realizar la separación de las tres fases biolodo, biogas y agua. En particular, se describen mejoras técnicas de las estructuras internas y de la geometría de las construcciones anteriores, que se refieren a otras patentes. La biología de lecho de lodo presenta inconvenientes frente a la biología de biopelícula con respecto a la estabilidad del proceso, el tipo de funcionamiento estacional y fases de entrada cortas. Además, no se realiza ninguna reducción de la carga orgánica y de substancias tóxicas con la consecuencia de la dilución de las aguas residuales o de los volúmenes poco rentables del reactor.

Una publicación de Gharsallah [Influence of dilution and phase separation on the anaerobic digestion of olive mill wastewater - Bioprocess Engineering 10 (1994), páginas 29-34] se refiere al tratamiento anaerobio de OMW. En este caso, está en primer término la caracterización de las influencias de una dilución de las aguas residuales así como de una separación espacial de los procesos de degradación anaerobia en una fase de acidificación y una fase metanogénica. Una dilución de las aguas residuales a través de agua fresca es positiva para los procesos de degradación biológica, pero conduce a acumulaciones elevadas de aguas residuales con una cierta carga de contaminación residual en la salida del sistema. Además, la preparación de una entrada adicional de agua se revela en la práctica como problemática en los países productores de aceite de oliva.

Se describen por Hamdi y Ellouz en [Bubble column fermentation of olive mill wastewater by Aspergillus Níger - J. Chem. Biotechnol. 1992, páginas 54, 331-335] investigaciones en un reactor de columnas de burbujas para el tratamiento de OMW. La configuración del reactor sirve, cuando se emplean cuerpos de soporte, para el crecimiento del cultivo del hongo Aspergillus Níger, que debe favorecer una fermentación de las aguas residuales a través de la eliminación de substancias tóxicas. Las investigaciones se dirigen al tratamiento previo de OMW a través del empleo de un cultivo de hongo especial y no a una reducción de la carga.

En Campanos (Kreta - Grecia) existe ya una instalación piloto industrial para el tratamiento anaerobio de OMW. En el procedimiento de una fase con un reactor de lecho de lodo convencional, se homogeneizan y neutralizan las aguas residuales en el tratamiento previo. A continuación se acumulan en un depósito, desde el que se carga de manera uniforme la fase anaerobia. El lodo sedimentado en el depósito es conducido por separado a una instalación de biogas.

Los procedimientos e instalaciones descritos en la literatura para la depuración y para la eliminación de aguas residuales, respectivamente, procedentes del procesamiento de frutos oleaginosos solamente son adecuados con limitaciones para una reducción efectiva, estable en el proceso y de coste favorable de la carga y para una reducción clara de la contaminación del medio ambiente utilizando el potencial material y energético de los frutos oleaginosos.

Los procedimientos de tratamiento oxidativos son menos adecuados, en virtud de la alta necesidad de energía, para el tratamiento de aguas residuales del procesamiento de frutos oleaginosos. Además, no se utiliza su potencial energético.

Los problemas que se plantean en los procedimientos anaerobios y en las instalaciones que se describen en la literatura se pueden ver en que no se lleva a cabo ningún tratamiento previo eficaz, que vaya acompañado con una reducción clara de la carga orgánica así como de las substancias tóxicas antes de la fase metanogénica. Además, los procedimientos anaerobios conocidos se consideran como inestables durante el proceso poco adecuados para un modo de funcionamiento estacional. Solamente se puede conseguir una estabilidad suficiente del proceso a través de volúmenes muy grandes, poco rentables, del reactor. Además, los procedimientos conocidos presentan tiempos de alimentación largos.

La invención tiene el cometido de desarrollar un procedimiento y una instalación, con cuya ayuda se pueden conseguir, durante el tratamiento de aguas residuales procedentes del procesamiento de frutos oleaginosos y de cereales, elevados porcentajes de eliminación física, química, bioquímica y biológica utilizando su potencial material y energético teniendo en cuenta los intereses económicos. Debido a la producción de aguas residuales condicionadas por la temporada debe ser posible una puesta en funcionamiento durante corto espacio de tiempo.

Según la invención, el cometido se soluciona a través de la reivindicación 1 del procedimiento y a través de la reivindicación 8 de la instalación. Las características de configuración se describen en las reivindicaciones dependientes 2 a 7 y 9 a 12.

Primera fase

Acidificación y separación de fases

El agua residual fresca a tratar es sometida en primer lugar a una fase de tratamiento previo.

Los procesos bioquímicos de la hidrólisis y la acidificación, que se desarrollan en una fase de acidificación, provocan una disociación de compuestos orgánicos, en la que se excita al mismo tiempo a través de la modificación del potencial electroquímico una floculación biógena de las sustancias contenidas suspendidas en el agua. La floculación se puede intensificar sobre la base de procesos químicos y/o físicos, por ejemplo a través de medios de floculación. La separación de las substancias sólidas contenidas en el agua residual a tratar se puede realizar con la ayuda de flotación, sedimentación, filtración, centrifugación o procedimientos electromagnéticos de separación.

El empleo de cuerpos de soporte en el reactor de acidificación para la sedimentación de organismos sésiles favorece la disociación bioquímica y la estabilidad del proceso. A través de la aportación adicional de cantidades reducidas de aire se puede influir sobre los procesos de acidificación a favor de un tratamiento posterior anaerobio metanogénico. En el caso de empleo de cuerpos de soporte en la fase de acidificación es necesaria una fase de flotación previa para la separación de componentes capaces de flotación en las aguas residuales. De esta manera se pueden evitar las averías de funcionamiento. A través del calentamiento del gas de flotación se pueden inducir aquí opcionalmente efectos adicionales, como la desgasificación de componentes volátiles.

Debido a los procesos bioquímicos y físicos complejos del tratamiento previo tiene lugar una reducción considerable de la carga de substancias orgánicas y de substancias tóxicas para la biología del metano. Por lo tanto, cualquier tratamiento posterior puede ser realizado de una manera rentable y estable en cuanto al proceso con carga reducida.

El lodo separado es tratado posteriormente y se puede utilizar como material, en forma de abono, o energéticamente junto con los residuos sólidos de la obtención de aceite.

Segunda fase

Fase de biogas

Las aguas residuales pretratadas y acidificadas en la primera fase son tratadas posteriormente en condiciones de medio anaerobio biológicamente en una fase de biogas de una o varias etapas. En este caso, se desintegran con preferencia las substancias disueltas y suspendidas residuales. Para la homogeneización de las oscilaciones de las aguas residuales y para conseguir una carga casi continua del reactor se puede conectar aguas arriba un depósito intermedio. Los procesos biológicos en el reactor tienen lugar en el intervalo de temperaturas mesófilas. En esta etapa de biogas se lleva a cabo un tratamiento a través de biomasa suspendida y fijada en soporte, siendo realizada la fijación por medio de una biología de biopelícula de lecho móvil. Una biología de biopelícula de lecho móvil se caracteriza por el empleo de cuerpos de soporte pequeños que se mueven libremente con una superficie específica alta.

La utilización de una biología de biopelícula a través de organismos sésiles reduce al mínimo la salida no deseada de biomasa activa y eleva la estabilidad del proceso. Además, se pueden conseguir de esta manera tiempos de alimentación cortos en un modo de funcionamiento estacional. Con el sistema de lecho móvil se puede colocar el material de soporte a través de la selección de la densidad del material de una manera discrecional en el reactor sin estructuras internas técnicas. Los cuerpos del sistema de lecho móvil, que se pueden mover libremente, dejan pasar las burbujas de gas y se pueden mezclan a fondo mecánicamente. El material de soporte de crecimiento tiene la forma de cuerpos huecos cilíndricos y de una manera más ventajosa tiene una superficie colonizable teóricamente de un volumen aparente de más de 800 m^{2}/m^{3}. En las cavidades protegidas de estos soportes tiene lugar una colonización intensificada de los organismos. Se deriva biogas y se puede analizar desde el punto de vista energético y posibilita un funcionamiento lo más autárquico posible en cuanto a la energía de la instalación con exceso de energía.

De acuerdo con los requerimientos de depuración y las relaciones económicas, las aguas residuales tratadas pueden servir para el riego, pueden introducirse en instalaciones municipales de clarificación o pueden ser depuradas posteriormente en una etapa separada a través de procesos aerobios o filtración.

A continuación se explica en detalle la invención en un ejemplo de una instalación de ensayo con una entrada de agua diaria de 5 a 40 m^{3} y una carga de DQO entre 50.000 y 100.000 mg/l.

Las aguas residuales que proceden directamente sin almacenamiento intermedio desde la producción de aceite de oliva presentan una temperatura de aproximadamente 35ºC y son conducidas a través de una entrada 1 a un depósito de hormigón 2, en el que tienen lugar el tratamiento previo y la acidificación. El depósito cilíndrico con un diámetro interior de 5 m y una altura de 4 m está dividido en tres cámaras a través de una pared de separación concéntrica así como a través de dos paredes de separación en el anillo cilíndrico del depósito. Todas las cámaras están conectadas hidráulicamente y están concebidas como tubos correspondientes. Un anillo cilíndrico forma el reactor de flotación 3, en el que se insufla gas de flotación 17 a través de una instalación de ventilación, con lo que se activan procesos de flotación. El lodo de flotación que de forma es extraído mecánicamente a través de una salida de extracción 12 de lodo de flotación. La cámara interna forma el reactor de acidificación 4. Presenta un diámetro interior de aproximadamente

\hbox{3 m}

. El reactor de acidificación 4 contiene aproximadamente 30% de material de soporte de crecimiento 10 en flotación, que presenta una densidad de 0,9 g/cm^{3} y una superficie específica de aproximadamente 900 m^{2} por m^{3} de volumen aparente. Los soportes de crecimiento son cuerpos huecos cilíndricos de 8 mm de largo, con superficies ranuradas en el exterior y en el interior en la dirección longitudinal, con un diámetro exterior de 5 mm y un diámetro interior de 4 mm. Las ranuras tienen aproximadamente 0,6 mm de profundidad.

A través de cultivos sésiles que forman colonias con preferencia sobre los cuerpos de soporte se apoya la formación de lodo activo y se estabiliza. Este reactor es mezclado a fondo por medio del agitador 16 que gira lentamente. A través del efecto de agitación se refuerza el desprendimiento de los flóculos de lodo desde el material de soporte de crecimiento. El lodo se sedimenta y se extrae. El agitador 16 en el reactor de acidificación 4 actúa al mismo tiempo como instalación de clarificación y transporta el lodo de sedimentación hacia el canal de extracción del lodo en el fondo del depósito. La tercera cámara forma el reactor de floculación 5, que sirve como pila de decantación. En la entrada hacia el reactor de floculación 5 se puede añadir por dosificación opcionalmente un agente de floculación. El lodo sedimentado es extraído a través de una extracción de lodo 12. El lodo de flotación es separado a través del elevador de cangilones giratorio, que sirve también para el reactor de flotación 3. El valor pH cae aproximadamente a pH 3,5 a pH 5. Debido a la extracción de lodo de sedimentación y de flotación se reduce la carga aproximadamente a 40% a 60% de los valores iniciales. El depósito está cubierto con una lámina de PE. La fase de gas resultante es aspirada a través de una extracción de gas de reactor 15, es enriquecida con aire y es transportada como aire de combustión hacia una instalación de biogas.

El lodo es conducido a una pila de tierra compactada en la base con una capacidad volumétrica de aproximadamente 100 m^{3}. El agua que se forma puede circular a través de un filtro de grava gruesa hasta el depósito 6. Con una altura del nivel del lodo de 80 cm, el rebosadero pasa al colector 6.

El colector 6 está realizado como pila de tierra compactada en la base con una capacidad volumétrica de aproximadamente 300 m^{3}. El nivel máximo del agua es 1,5 m. Desde el colector 6 se transporta diariamente una cantidad constante de aproximadamente 7 m^{3} al reactor de biogas 7. La aspiración del agua se realiza aproximadamente 10 cm por debajo de la superficie del agua. Por medio de un dispositivo de aspiración flotante se mantiene constante la profundidad de aspiración con relación a la superficie del agua a medida que cambia el nivel del agua.

El reactor de biogas 7 está realizado de la misma manera que la depuración previa como recipiente cilíndrico con un diámetro interior de 5 m y una altura de 4 metros, pero solamente con dos cámaras, siendo realizada la división de las cámaras por medio de una pared de separación concéntrica. La cámara interior 8 con un diámetro de aproximadamente 4 metros presenta una capacidad de volumen de aproximadamente 50 m^{3}. El reactor de biogas 7 es calentado a través de una calefacción de pared hasta aproximadamente 36ºC y posee un aislamiento térmico en el exterior. La carga volúmica de DQO es de 2 a 6 kg/m^{3} * d. La entrada de aguas residuales se realiza a través de un sistema de bombeo controlado por el tiempo desde el colector 6 a la cámara interior 8 en el fondo del depósito. La cámara interior 8 está llena hasta aproximadamente 30% con material de soporte del crecimiento flotante 10 de una densidad en torno a 0,9 g/cm^{3} y hasta aproximadamente 10% con material de soporte del crecimiento descendente 11 de una densidad de 1,3 g/cm^{3}, que presentan una superficie específica de aproximadamente 900 m^{2} por m^{3}. Los cuerpos de soporte 10 y 11 garantizan una fijación de la biomasa, combinada con una intensificación y estabilización de los procesos de degradación biológica. Por medio de un mecanismo de agitación 16 que gira a baja velocidad se mezclan a fondo el cuerpo de agua y el cuerpo de soporte. La cámara exterior 9 funciona como purificación anaerobia posterior empleando cuerpos de soporte flotantes con una densidad de 0,9 g/cm^{3}. Debido a los procesos de degradación biológica se forma biogas que es extraído a través de una salida de extracción de biogas 13 y es utilizado energéticamente. El reactor de biogas 7 es cerrado de forma hermética al gas hacia arriba con una lámina de PE de 2 mm. El volumen de acumulación de gas es aproximadamente 15 m^{3}.

Resultados de la investigación

En investigaciones para el tratamiento anaerobio de dos fases de OMW con separación de substancia sólida a escala semitécnica se han podido conseguir rendimientos de depuración de 92 a 97%, con una salida de olor estable en la mayor medida posible.

Valores medios de concentración y parámetros después de las fases individuales de tratamiento.

Parámetro	Agua residual	Acidificación	Floculación	Metanización
	bruta
DQO [g/l]	70	40	26	3
Degradación	0	43	63	96
DQO [%]
Contenido	71	39	15	2,8
ST [g/l]
Fenol [g/l]	3	0,6	0,5	0,08
pH	5,4	4,2	4,6	7,1
TRH	-	2,5	-	8

La producción de lodo fue después de la separación de la substancia sólida aproximadamente de 0,2 a 0,25 m^{3} por m^{3} de agua residual con un contenido de ST de aproximadamente 36 g/l. La producción de biogas con un contenido de metano de 65 a 70% en vol. a través de la metanización de OMW se elevó de 7 a 8 m^{3} de gas por m^{3} de agua residual y de 350 a 400 litros por kg de DQO degradado.

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Lista de signos de referencia

1 Entrada

2 Tratamiento previo

3 Reactor de flotación

4 Reactor de acidificación

5 Reactor de floculación

6 Depósito

7 Reactor de biogas

8 Cámara interior

9 Cámara exterior

10 Material de soporte de crecimiento flotante

11 Material de soporte de crecimiento descendente

12 Extracción de lodo

13 Extracción de biogas

14 Calefacción de la pared

15 Extracción de gas del reactor

16 Mecanismo de agitación

17 Gas de flotación

18 Salida

Claims (12)

1. Procedimiento para el tratamiento de aguas residuales procedentes del tratamiento de frutos oleaginosos y de cereales, con las siguientes características:

- las aguas residuales frescas que deben ser tratadas son sometidas a un tratamiento previo por medio de una acidificación con una floculación biogénica y eliminación de substancias sólidas,

- las aguas residuales pretratadas son entonces tratadas adicionalmente de forma anaeróbica por una biomasa suspendida y fijada con soporte, siendo realizada la fijación a través del empleo de una biología de biopelícula de lecho móvil con cuerpos huecos cilíndricos como material de soporte y siendo eliminados el biogas resultante y el lodo producido.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se realiza una flotación anterior a la acidificación.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque se calienta el gas de flotación.

4. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los floculantes son añadidos después de la acidificación.

5. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la acidificación es asistida por una biología de biopelícula de lecho móvil.

6. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 5, donde a intervalos pequeños se introducen cantidades reducidas de aire en la acidificación.

7. Procedimiento según las reivindicaciones 1 a 6, donde las aguas residuales pretratadas son alimentadas después de la acidificación a un recipiente en el que son reguladas las fluctuaciones en los volúmenes de alimentación, continúan los procesos de sedimentación y se extrae el lodo sedimentado.

8. Instalación para el tratamiento de aguas residuales procedentes del tratamiento de frutos oleaginosos y de cereales, con las siguientes características:

- una alimentación (1) conduce a un reactor de acidificación (4),

- en el reactor de acidificación (4) se encuentran una instalación de agitación (16),

- el reactor de acidificación (4) posee una salida de extracción de lodo (12) y una salida de extracción de gas reactor (15),

- el reactor de acidificación (4) está conectado a un reactor de floculación (5) que posee una salida de extracción de lodo (12),

- desde el reactor de floculación (5) conduce un conducto hasta un reactor de biogas (7) que contiene una calefacción (14) y un aparato de circulación (16),

- el reactor de biogas (7) posee una salida de extracción de biogas (13), una salida de extracción de lodo (12) y una salida (18),

- en el reactor de biogas (7) se encuentra material de soporte de crecimiento en forma de cuerpos huecos cilíndricos que tienen una densidad de < 0,95 g/cm^{3} y también > 1,1 g/cm^{3}.

9. Instalación según la reivindicación 8, caracterizado porque un reactor de flotación (3), que contiene una salida de extracción de lodo (12), está dispuesto aguas arriba del reactor de acidificación (4).

10. Instalación según las reivindicaciones 8 y 9, caracterizada porque en el reactor de acidificación (4) se encuentra material de soporte de crecimiento en forma de cuerpos huecos cilíndricos.

11. Instalación según las reivindicaciones 8 a 10, caracterizada porque entre el reactor de floculación (5) y el reactor de biogas (7) se encuentra un recipiente de almacenamiento.

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12. Instalación según las reivindicaciones 8 a 11, caracterizada porque el material de soporte de crecimiento posee una superficie teóricamente colonizable de más de 800 m^{2}/m^{3} de volumen de masa.