ES2261048B2 - Metodo y reactor para tratamiento fermentativo de lixiviados procedentes de vertederos y plantas de tratamiento de residuos solidos urbanos y utilizacion del liquido resultante como abono para plantas. - Google Patents
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Abstract
Método y reactor para tratamiento fermentativo de lixiviados procedentes de vertederos y plantas de tratamiento de residuos sólidos urbanos y utilización del líquido resultante como abono para plantas. Un volumen (V) de líquido homogéneo procedente de lixiviados de residuos sólidos urbanos con una DQO de al menos 2.000 mg de O2 por litro se somete a fermentación con microorganismos, para reducir su DQO en una tasa del 50% de la inicial. En una variante, para el tratamiento de fermentación se emplean bacterias metanogénicas, que se eligen de entre un grupo que comprende Methanobacterium, Methanobrevibacter, Metanospirillum y Methanosarcina o una mezcla de ellas de modo que como producto intermedio es posible la obtención de gas metano (CH4) a partir de la fermentación de los mencionados lixiviados. Un reactor (21) permite llevar a cabo el método de la invención a escala industrial. Otro objeto de la invención es la utilización como fertilizantes líquidos de los lixiviados fermentados.
Description
Método y reactor para tratamiento fermentativo
de lixiviados procedentes de vertederos y plantas de tratamiento de
residuos sólidos urbanos y utilización del líquido resultante como
abono para plantas.
La invención encuentra aplicación en la
industria de conservación medio ambiental y más particularmente de
eliminación y aprovechamiento de líquidos contaminantes procedentes
de residuos sólidos urbanos.
Resulta conocida de todos los expertos en
técnicas medio ambientales, la existencia de los llamados
lixiviados, líquidos contaminantes producidos por la percolación del
agua de lluvia a través de los residuos sólidos urbanos depositados
en vertederos o bien procedentes del prensado de la fracción
orgánica de residuos sólidos urbanos.
Estos líquidos son altamente contaminantes de
las aguas superficiales y/o subterráneas y acuíferos de las zonas en
que se ubican dichos vertederos. Como consecuencia de ello, estos
lixiviados deben ser recuperados, almacenados y posteriormente
eliminados, de modo que además se plantea, como problema, realizar
un almacenamiento seguro de estos residuos líquidos contaminantes
para su posterior eliminación.
Experimentalmente, se ha comprobado que estos
llamados lixiviados presentan un alto contenido de materia orgánica,
medida como demanda química de oxigeno (DQO), muy elevada, superior
a los 2.000 mg de O_{2}/litro. Además, estos lixiviados tienen
contenidos poco significativos de los denominados metales pesados
contaminantes que tan solo están en proporciones de partes por
millón o incluso de partes por billón.
En la literatura técnica se conocen numerosos
procedimientos para el aprovechamiento, como abono agrícola de los
residuos orgánicos sólidos, que tan solo se ocupan del tratamiento
de la fracción sólida de los residuos.
También se conoce, el aprovechamiento de la
fracción sólida de este tipo de residuos para la producción de
biogás, esencialmente gas metano. Por ejemplo, a través de los
documentos US-A-4026355,
US-A-4469176 y
ES-2023591, se revelan métodos para producción de
gas metano a partir de residuos sólidos urbanos depositados en
vertederos.
Es también conocido, por ejemplo, a través de
los documentos ES-A-8600942 y
WO-99/37587, el tratamiento de lixiviados,
procedentes del procesamiento de residuos sólidos urbanos que tan
solo se ocupan del problema de confinación, purificación y
neutralización de estos líquidos contaminantes.
De lo que resulta conocido del solicitante no
existen antecedentes técnicos que se ocupen del aprovechamiento
integral de estos residuos líquidos, en adelante lixiviados
generados en el tratamiento de residuos sólidos urbanos.
La invención tiene por objeto un método y el
correspondiente reactor para tratamiento de lixiviados procedentes
de residuos sólidos urbanos mediante técnicas de fermentación con
microorganismos tales como, por ejemplo, bacterias y levaduras.
En una variante, para el tratamiento de
fermentación se emplearan bacterias metanogénicas, de modo que como
producto intermedio es posible la obtención de gas metano (CH_{4})
a partir de la fermentación de los mencionados lixiviados.
Otro objeto de la invención es la utilización
como fertilizantes líquidos de los lixiviados una vez que ha sido
reducido en una tasa predeterminada su contenido orgánico o dicho de
otra forma cuando su DQO alcanza un valor predeterminado, por
ejemplo del 50% o menor del valor inicial en el lixiviado. Aún
cuando los lixiviados presentan contenidos poco significativos de
metales pesados, del orden de pocas partes por millón e incluso por
billón, el lixiviado ya fermentado, sí resulta preciso a partir de
su análisis respecto de estos contaminantes, puede ser sometido a
una etapa de eliminación de los mismos antes del mencionado empleo
como fertilizante líquido para plantas.
El método de tratamiento se caracterizada, de
acuerdo con la reivindicación 1, por cuanto comprende etapas de:
- a)
- Proporcionar un volumen (V) de líquido homogéneo con un contenido inicial en materia orgánica con valor DQO de al menos 2000 mg de O_{2}/litro, obtenido a partir de un lixiviado o de una mezcla de lixiviados procedentes de vertederos y/o plantas de tratamiento de residuos sólidos urbanos;
- b)
- Preparación de un "pie de cuba" mezclando al menos una quinta parte del antedicho volumen (V) de lixiviado a tratar con microorganismos de fermentación;
- c)
- Adición gradual a dicho "pie de cuba" de los cuatro quintos restantes del volumen (V);
- d)
- Fermentación de la mezcla de la etapa inmediatamente precedente;
- e)
- Control de temperatura y presión de fermentación para asegurar un máximo de la actividad fermentativa de los microorganismos de fermentación utilizados;
- f)
- Homogeneización bajo agitación mecánica de la masa en fermentación; y
- g)
- Control de la tasa DQO de la masa en fermentación hasta alcanzar al menos un valor DQO del 50% del inicial.
Conforme a una característica adicional de la
invención, está prevista una etapa adicional de:
- h)
- extracción del biogás resultante de la fermentación del lixiviado.
De acuerdo con un aspecto adicional de la
invención, los microorganismos de fermentación se eligen entre un
grupo que consta de Methanobacterium, Methanobrevibacter,
Metanospirillum y Methanosarcina o una mezcla de ellos, para
privilegiar producción de gas metano (CH_{4}) durante la
fermentación.
Aún conforme a característica de la invención el
líquido resultante tras las etapas a) hasta g), o bien de las etapas
a) hasta h) será utilizado como abono líquido para plantas, que
puede exigir tal y como se mencionó con anterioridad, un tratamiento
físico/químico para hasta alcanzar porcentajes en metales pesados
permitidos por la normativa medioambiental y que sean tolerados y/o
por los vegetales que deben nutrirse.
Otras características y ventajas de la invención
resultarán más claramente de la siguiente descripción que ha sido
realizada con la ayuda de los dibujos anexos relativos a ejemplos de
ejecución no limitativos y en los que
La figura 1 muestra una instalación de
laboratorio para ilustrar el método según la invención.
La figura 2, muestra de manera esquemática un
reactor para realización a nivel industrial del método conforme a la
invención.
Como se muestra por la figura 1 una instalación,
indicada en general con la referencia numérica 1, para llevar a cabo
a nivel de laboratorio el método según la invención, comprende un
matraz de reacción 11 sumergido en un baño refrigerante de aceite 12
contenido en un recipiente 13 que tiene un primer termómetro 14
para control de la temperatura del baño de aceite.
El matraz de reacción tiene un dosificador 15 a
través del que se introduce un volumen L de lixiviado. Una cámara 16
sirve para realizar una siembra de bacterias metanogénicas, por
ejemplo Methanobacterium, Methanobrevibacter, Metanospirillum y
Methanosarcina, utilizando una salida 160 que penetra en el
volumen L de lixiviado. Un segundo termómetro 17 está introducido en
el matraz 11 para controlar la temperatura de la fermentación del
lixiviado tras la siembra de las bacterias.
Además, el matraz está comunicado a través de
una toma 18 de un cromatógrafo de gases 19 a cuya salida está
previsto un control isocinético 110 de la producción de biogás a fin
de medir la composición y caudal del gas de salida 111 producido por
la fermentación del lixiviado mediante las bacterias
metanogénicas.
Esta instalación 1, sirve para realizar un
ajuste de la temperatura del reactor a nivel industrial, así como
para determinar por aproximación el caudal de gas producido.
Para llevar una explotación industrial del
método conforme a la invención, tal y como se representa a través de
la figura 2, se proporciona un reactor 21 con:
- -
- una tubería de entrada 22 para introducción del lixiviado a tratar;
- -
- una tubería de salida 23 del producto fermentado, con una tasa de DQO a lo sumo del 50% del contenido inicial y que consta de un equipo 230 para medida del caudal;
- -
- una tubería de salida 24 de lo gases producidos por la fermentación;
- -
- una cámara de refrigeración 25 formada por una doble pared del reactor, para regular la temperatura del liquido durante la fermentación con una entrada 250 y una salida 251 para los medios refrigerantes;
- -
- una "boca de hombre" 26, para limpieza del interior del reactor;
- -
- un dispositivo 27 para incorporación del "pie de cuba" a base de microorganismos;
- -
- al menos, una válvula de seguridad 28 para control de la presión en el interior del reactor;
- -
- termómetros 29, 210, para respectivo control de la temperatura interior del reactor y la temperatura del refrigerante en la cámara de doble pared;
- -
- un manómetro 211 para control de la presión producida dentro del reactor; y
- -
- una entrada 212 para introducir gases y/o aditivos a la masa en fermentación.
El procedimiento conforme a la invención se
lleva a cabo en este reactor conforme a lo siguiente: se prepara el
pie de cuba, es decir la siembra de bacterias metanogénicas y se
introduce en el interior del reactor 21, incorporándose el lixiviado
homogeneizado a fermentar rellenando dos tercios del volumen de
dicho reactor 21.
A continuación se procederá a comprobar el
caudal de producción de gases y en especial de CH_{4} que se
extrae y envasa para su posterior aprovechamiento.
La fermentación puede ser controlada y alterada
mediante variación de los siguientes parámetros y/o características:
temperatura y presión en el interior del reactor, volumen del
líquido a tratar y utilización de diferentes bacterias
metanogénicas.
El proceso de fermentación se mantiene hasta que
la tasa DQO del líquido fermentado sea al menos el 50% del inicial,
extrayéndose entonces el líquido tratado para su utilización como
abono líquido para plantas, previo análisis de su contenido en
contaminantes tales como metales pesados, hasta alcanzar las
proporciones exigidas por las normas de las Leyes
Medioambientales.
Suficientemente que se ha descrito el objeto de
la invención solamente resta señalar que las realizaciones derivadas
de cambios no esenciales, así como las resultantes de una aplicación
de rutina de lo anteriormente revelado, deberán considerarse
incluidas en su ámbito de manera que la invención tan solo estará
limitada por el alcance de las siguientes reivindicaciones.
- -
- Instalación laboratorio (1).
- -
- Matraz de reacción (11).
- -
- Baño aceite refrigerante (12).
- -
- Recipiente baño aceite (13).
- -
- Termómetro para refrigerante (14)
- -
- Dosificador lixiviado (15).
- -
- Cámara siembra microorganismos fermentación (16).
- -
- Salida cámara 16.
- -
- Termómetro para lixiviado (17).
- -
- Toma de gas (18).
- -
- Cromatógrafo de gases (19).
- -
- Control isocinético biogás (110).
- -
- Caudal de biogás (111).
- -
- Reactor industrial (21).
- -
- Tubería de entrada lixiviado (22)
- -
- Tubería salida del lixiviado fermentado (23)
- -
- Equipo medida caudal lixiviado (230)
- -
- Tubería de salida de los gases de fermentación (24)
- -
- Cámara de refrigeración de doble pared (25)
- -
- Tubería entrada refrigerantes cámara refrigeración (250)
- -
- Tubería salida refrigerantes cámara refrigeración (251)
- -
- Boca de hombre (26)
- -
- Tubería incorporación microorganismos 27
- -
- Válvula seguridad control presión interior reactor (28)
- -
- Termómetro temperatura interior (29)
- -
- Termómetro temperatura cámara refrigerante (210)
- -
- Manómetro presión interior reactor (211)
- -
- Tubería entrada gases y/o aditivos al interior reactor (212).
Claims (6)
1. Método para tratamiento fermentativo de
lixiviados procedentes de vertederos y plantas de tratamiento de
residuos sólidos urbanos, caracterizado porque comprende
etapas de:
- a)
- Proporcionar un volumen (V) de líquido homogéneo con un contenido inicial en materia orgánica con valor DQO de al menos 2000 mg de O_{2}/litro, obtenido a partir de un lixiviado o de una mezcla de lixiviados procedentes de vertederos y/o plantas de tratamiento de residuos sólidos urbanos;
- b)
- Preparación de un "pie de cuba" mezclando con microorganismos de fermentación al menos una quinta parte del antedicho volumen (V) de lixiviado a tratar;
- c)
- Adición gradual a dicho "pie de cuba" de los cuatro quintos restantes del citado volumen (V);
- d)
- Fermentación de la mezcla de la etapa inmediatamente precedente;
- e)
- Control de temperatura y presión de fermentación para controlar la actividad fermentativa de los microorganismos de fermentación utilizados;
- f)
- Homogeneización bajo agitación mecánica de la masa en fermentación; y
- g)
- Control de la tasa DQO de la masa en fermentación hasta alcanzar al menos un valor DQO del 50% del inicial.
2. Método para tratamiento de lixiviados
procedentes de vertederos y plantas de tratamiento de residuos
sólidos urbanos, de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque está prevista una etapa adicional
de:
- h)
- extracción del biogás resultante de la fermentación del lixiviado.
3. Método para tratamiento de lixiviados
procedentes de vertederos y plantas de tratamiento de residuos
sólidos urbanos, de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2,
caracterizado porque los microorganismos de fermentación se
eligen entre un grupo que consta de Methanobacterium,
Methanobrevibacter, Metanospirillum y Methanosarcina o una
mezcla de ellos, para privilegiar producción de gas metano
(CH_{4}) durante la fermentación.
4. Reactor para llevar a cabo el método conforme
a las anteriores reivindicaciones, caracterizado por cuanto
dicho reactor (21) comprende:
- -
- una tubería de entrada (22) para introducción del lixiviado a tratar;
- -
- una tubería de salida (23) del producto fermentado que consta de un equipo (230) para medida del caudal;
- -
- una tubería de salida (24) de lo gases producidos por la fermentación;
- -
- una cámara de refrigeración (25) formada por una doble pared del reactor, para regular la temperatura del líquido durante la fermentación con una entrada (250) y una salida (251) para los medios refrigerantes;
- -
- una "boca de hombre" (26), para limpieza del interior del reactor;
- -
- un dispositivo (27) para incorporación del "pie de cuba" a base de bacterias y/o microorganismos;
- -
- al menos, una válvula de seguridad (28) para control de la presión en el interior del reactor;
- -
- termómetros (29, 210) para respectivo control de la temperatura interior del reactor y la temperatura del refrigerante en la cámara de doble pared;
- -
- un manómetro (211) para control de la presión producida dentro del reactor; y
- -
- una entrada para introducción de gases y/o aditivos a la masa en fermentación.
5. Utilización del líquido resultante del método
conforme a las reivindicaciones 1 a 3 como abono líquido para
plantas.
6. Utilización del líquido conforme a la
reivindicación 5, en forma diluida o con depuración para alcanzar un
contenido en metales pesados predeterminado.
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2004
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