ES2294562T3 - Procedimiento y dispositivo para el tratamiento por via mecanica en humedo de una mezcla de sustancias, en particular de desechos de todas clases. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para el tratamiento mecánico húmedo de una mezcla de sustancias, en particular de desechos de todas clases, compuesta por materias inertes, agua así como sustancias orgánicas con una proporción soluble en agua y convertible biológicamente, utilizando agua como medio disolvente, de lavado y de separación, caracterizado porque primeramente se mezcla la mezcla de sustancias en una mezcladora (4) de forma continua con agua como medio de separación y de lavado, sin segregar componentes de la mezcla, hasta haber ajustado un contenido de sustancia seca del 15 al 25%, porque en una primera etapa - la mezcla de sustancias procedente de la mezcladora (4) se descarga mediante un transportador (9), para lo cual mediante la adición de agua (11, 12) permanecen disueltos los componentes ligeros en una mezcla de sólidos / líquidos con un contenido de sustancia seca del 10% al 20%, mientras que los componentes pesados se sedimentan y se separan con el transportador como primera fracción inertepesada (15) con un tamaño de grano de > 25 mm, - se separan por cribado de la mezcla de sólido / líquido restante (14) las sustancias orgánicas ligeras con un tamaño de 30 a 120 mm como primera fracción orgánica de materia ligera (22), se vuelven a lavar y se prensan, porque en una segunda etapa - se separan por gravedad de la suspensión restante con un contenido ajustado de sustancia seca del 6% al 12%, primeramente las materias pesadas inertes (28) con un tamaño de grano de 2-25 mm y a continuación se separan mediante cribado y lavado otras sustancias orgánicas ligeras (32) con un tamaño de grano de 3 a 30 mm; porque en una tercera etapa - se separan de la suspensión restante con un contenido ajustado de sustancia seca del 3% al 8%, más sustancias pesadas inertes (40) con un tamaño de grano < 2 mm mediante fuerza centrífuga, y después otras sustancias ligeras orgánicas (49) con un tamaño de grano de 150 µm hasta 3 mm, mediante cribado y lavado.
Description
Procedimiento y dispositivo para el tratamiento
por vía mecánica en húmedo de una mezcla de sustancias, en
particular de desechos de todas clases.
La eliminación de desechos de asentamientos
urbanos así como de desechos industriales plantea un problema en
cuanto a la sostenibilidad que la política exige cada vez con mayor
intensidad. Después de reducir las cantidades de desechos mediante
la evitación de desechos y la introducción de la recogida
independiente de materias reciclables siguen quedando desechos que
no se pueden dedicar directamente a ninguna utilización. Como
mezcla de tres sustancias a base de sustancias inertes, materia
orgánica y agua no se pueden emplear para un aprovechamiento de las
sustancias minerales por su excesiva proporción de materia orgánica,
o una proporción demasiado grande de agua y/o minerales, ni tampoco
a un aprovechamiento de la biomasa. Debido a la excesiva carga de
sustancias nocivas tampoco es posible el vertido como aguas
residuales.
Para la eliminación de estos desechos, los
nuevos reglamentos legales exigen a medio plazo en Alemania
(Reglamento de Sedimentación de Desechos) una inertización antes de
depositarlos en vertedero.
Para la utilización hay disponibles diversos
procesos o vías de aprovechamiento. Así tiene lugar un
aprovechamiento energético durante la fermentación, la combustión o
la gasificación. Un criterio importante para la calidad del
producto en todos los procesos de aprovechamiento energético es que
haya una reducida proporción de sustancias minerales o sustancias
inertes. De modo distinto hay que valorar la humedad óptima del
producto y el tamaño de grano. Para la fermentación existen además
procesos de fermentación en seco y en húmedo así como hay
disponibles procesos anaerobios de depuración de aguas
residuales.
Para el aprovechamiento de los materiales de los
componentes orgánicos se encuentra en primer lugar el
aprovechamiento agrícola, que sin embargo está limitado por la
carga de sustancias nocivas del material. Las formas de
aprovechamiento del material de las proporciones de fibra como
materiales aislantes, papel o tableros prensados se consideran aquí
sólo de forma marginal.
Para las sustancias inertes hay vías de
aprovechamiento en la industria de la construcción o se llevan a
depositar en vertederos.
Pero sólo permite un aprovechamiento efectivo la
separación de los desechos en fracciones utilizables en cuanto a
material y/o energéticamente. Para ello, la separación como
tratamiento previo para el aprovechamiento propiamente dicho,
también debería satisfacer los requisitos de sostenibilidad, es
decir cuidar los recursos y evitar inmisiones, simultaneándolo con
compatibilidad económica y social.
Para el tratamiento de los desechos con
fracciones orgánicas existen disponibles en la actualidad los
procedimientos descritos a continuación que se diferencian en
cuanto al contenido de sustancias nocivas de las fracciones
orgánicas:
- Los residuos orgánicos sólidos o fangos con adición de material estructural se tratan por vía biológica aerobia después del cribado de las sustancias molestas gruesas. Mediante el tratamiento biológico se degradan o transforman las sustancias orgánicas y se reduce el contenido de agua, de modo que se logra una estabilización. Mediante este proceso se reduce la disponibilidad de plantas y al mismo tiempo se incrementa la compatibilidad del compost con las plantas. Las sustancias molestas se separan además del tratamiento grueso, principalmente del compost terminado, y secado por el proceso de compostaje, mediante la separación de sustancias duras y separación por aire. La separación de las sustancias duras se suele realizar generalmente con mesas de lavado neumático. El compostaje de residuos orgánicos va unido a fuertes emisiones de aire de escape y un elevado consumo de energía.
- En el tratamiento biológico anaerobio, y especialmente en los procesos de fermentación en húmedo, se separan las sustancias inertes (arena) antes de la fermentación. En la mayoría de los procesos de fermentación se lleva a cabo una maceración posterior para el secado biológico del residuo de fermentación deshidratado, con o sin adición de material estructural, antes del aprovechamiento agrícola. Lo característico de una fermentación es la producción de energía regenerativa a base de biogás y la reducción de las emisiones de aire de escape en comparación con el compostaje. Las siguientes variantes técnicas del proceso de fermentación se han realizado a gran escala técnica:
- Fermentación en seco en una y más etapas en el caso de un contenido de sustancia seca del 20% - 50%: Por los prospectos de las empresas y de las plantas realizadas se conocen entre otros los procedimientos de fermentación en seco Valorga de la Firma Valorga, Francia; el procedimiento Dranco, de la Firma Organic Waste Systems nv., Bélgica; la fermentación en seco Linde-BRV, Suiza y el procedimiento Kompogas, de la Firma Kompogas, Suiza. Lo esencial en estos procedimientos es que la separación de sustancias inertes generalmente no se realiza o sólo después de la fermentación. De acuerdo con el documento WO 98/28145 A1, Frank Rindelaub, Suiza, está prevista en un procedimiento de fermentación en seco una separación previa de sustancias inertes de una fracción parcial. En la planta de La Coruña, España que trabaja de acuerdo con el llamado proceso Valorga, se lleva a cabo antes de la fermentación una separación en seco de sustancias inertes durante el tratamiento mecánico para proteger la planta de fermentación.
- Fermentación en húmedo de una y más etapas en caso de un contenido de sustancia seca del 5% - 20%: Se conocen procedimientos de fermentación en húmedo para desechos con previa separación de sustancias inertes por prospectos de empresas, entre otros de las Firmas Linde-KCA-Dresden GmbH, Dresden, Alemania; MAT Müll- und Abfalltechnik GmbH, Munich, Alemania; Avecon, Finlandia así como el proceso WABIO de la Firma Eco Tec, Finlandia. En estos procesos es decisiva, además de la fermentación, la separación de sustancias inertes, es decir el tratamiento previo de la fracción orgánica antes de la fermentación.
- La mayoría de los procesos para el tratamiento de fracciones orgánicas con carga prevén la eliminación en un vertedero o en una planta de incineración de basuras. De acuerdo con la situación jurídica actual se debe prever en Europa la estabilización de la fracción orgánica antes de la descarga en vertedero. Este tratamiento previo antes de la descarga en vertedero se logra en plantas de tratamiento mecánico-biológico mediante procesos de compostaje y fermentación.
- Si se busca un aprovechamiento energético se precisa un secado y separación de sustancias inertes de los desechos generalmente húmedos y con contenido de sustancias inertes. Los procesos de separación de sustancias inertes pueden realizarse por vía mecánica húmeda o seca. Además, por razones físicas, la separación húmeda en la que se emplea agua como medio de separación tiene un grado de rendimiento superior a la separación seca en la que el aire representa el medio separador.
- Se conocen procesos mecánicos de separación de sustancias inertes en seco después de un secado biológico por el proceso de estabilidad en seco de la Firma HerHof Umwelttechnik GmbH, Solms-Niederbiel, Alemania, y por el proceso DE 196 49 901 A1. Los dispositivos y procesos para la separación mecánica de sustancias inertes en húmedo se conocen por las publicaciones DE 196 23 027 C1, DE 198 44 006 A1, DE 199 24 164 A1, DE 201 12 681 U1, DE 42 43 171 C1, DE 197 29 802 C2, DE 44 36 639 A1, DE 198 46 336 A1, DE 197 45 896 A1, DE 44 15 858 A1, DE 43 12 005 A1, DE 199 23 108 A1 y DE 41 20 808 A1. Además de éstos existen procesos especiales para el tratamiento de fangos portuarios y barreduras de calles, como por ejemplo la planta ASRA en Hamburg Stellinge de la Firma Kupczik Umwelttechnik GmbH Hamburgo y el proceso MoReSa de AKW Apparate und Verfahren GMBH, Hirschau, documento DE 196 17 501 C2. Esta publicación da a conocer diversas características de las reivindicaciones independientes 1 y 10 de la presente invención.
El objetivo de la mayoría de los procesos antes
citados es la separación de las sustancias inertes. Para este fin,
los desechos que se tratan de separar primero se desmenuzan y
mezclan y por último se retiran del flujo total las sustancias
inertes, a menudo en una sola fase de tratamiento. Esto ha dado
lugar repetidas veces a grandes problemas en los equipos
subsiguientes.
Mediante un intenso desmenuzamiento hasta llegar
a la desfibración, por ejemplo mediante el empleo de un
hidropasteador tal como se describe en las publicaciones DE 41 20
808 A1, DE 199 23 108 A1, DE 198 29 648 C2, DE 198 00 2242 C1, DE
196 55 101 A1, DE 100 12 530 A1, DE 39 34 478, DE 198 07 116 A1, DE
4042 226 A1, DE 4042 225 A1, DE 4406 315 C2 o un molino de bolas en
cascada antepuesto, como en los documentos DE 102 10 467 A1 y DE 41
26 330 A1, aumenta la viscosidad de la suspensión lo cual se opone
a una separación efectiva. La viscosidad disminuye debido a la
disgregación de la materia orgánica únicamente después de la
subsiguiente fermentación, por lo que se producen aquí
sedimentaciones indeseables de sustancias inertes que perturban el
funcionamiento, y que en la separación anterior no se habían
captado debido a la mayor viscosidad anterior.
Otros procesos de separación mecánicos en húmedo
con menor intensidad de desmenuzamiento antes de la separación de
sustancias - véase EP 0521 685 A2 y DE 197 55 223 A1, EP 567 184 B1
realizan la separación de las sustancias inertes en una fase de
separación, y de acuerdo con el documento DE 197 55 223 A1, incluso
con agitación, con lo cual se consigue una separación muy poco
precisa.
En el documento EP 0639 108 B1 se propone un
régimen automático por bloques con las correspondientes limitaciones
de rendimiento, que también se ha llevado a cabo en diversas
instalaciones de gran envergadura. Al no existir una separación
controlada de arena mediante esclusas, por ejemplo en otra fase de
separación, se llegaron a producir considerables problemas de
sedimentación en las fases de tratamiento subsiguientes.
Los procesos de percolación tal como en las
publicaciones DE 198 46 336 A1, DE 196 48 731 A1, DE 199 09 353 A1,
DE 199 09 328 A1 y DE 198 33 624 A1 solamente eliminan por esclusas
sustancias inertes muy finas que se lixivan con el agua de lavado o
percolado, antes o durante la precolación. Las sustancias inertes
gruesas tales como piedras, vidrios y fragmentos de loza, que en
los desechos de población representan la mayor proporción de
sustancias inertes, se incluyen en la percolación dando lugar allí a
un mayor consumo de energía y desgaste.
En todos los procesos antes citados para la
separación de sustancias inertes, en particular en los procesos de
fermentación en húmedo, se pone en primer lugar la protección de la
planta y no la mejora de la calidad del material para su posterior
aprovechamiento. Sin embargo la separación de desechos no solamente
debería asegurar los requisitos técnicos y económicos relativos a
la técnica de la planta sino también el aprovechamiento óptimo de
las fracciones parciales.
En todos los procesos antes citados está
efectivamente previsto obligatoriamente el tratamiento de la mayor
parte de las sustancias orgánicas, de modo que éstas se pueden
llevar directamente a un tratamiento anaerobio o a una hidrólisis
previa seguida de tratamiento anaerobio de los hidrolizados. Sin
embargo no se tiene en cuenta que el grado de rendimiento
energético de una fermentación en comparación con una incineración
depende del parámetro de degradabilidad anaerobia y del parámetro
de sustancias seca. La combustión de madera seca tiene un grado de
rendimiento energético superior al de la fermentación de madera
seca. Sin embargo es evidente que la fermentación de residuos
industriales orgánicos húmedos con gran rendimiento de biogás
presenta un grado de rendimiento energético superior a la
combustión de esta fracción húmeda.
Las sustancias orgánicas que estén liberadas en
su mayor parte de sustancias inertes y de sustancias orgánicas
solubles y que se pueden deshidratar mediante sencillas prensas de
husillo hasta unos contenidos de sustancia seca > 45% TS, tienen
un valor calorífico de aprox. 6000 kJ/kg, con lo cual está en el
límite de una combustión automática. Si la proporción de materia
orgánica degradable anaeróbicamente es inferior al 50%, como por
ejemplo en el caso de material retenido en rejas, entonces desde el
punto de vista económico se debe preferir para este flujo de
material el aprovechamiento energético mediante procesos térmicos
tales como combustión o gasificación, con o sin secado previo,
mejor que un tratamiento anaeróbico por fermentación.
Esta problemática se menciona en los
planteamientos de los documentos EP 0037 612 B1 y el DE 196 00 711
A1. En este último, la materia orgánica fácilmente degradable se
separa lavando el desecho en una lavadora de sinfín. La materia
orgánica fácilmente degradable se concentra en el agua de
recirculación que se lleva a un tratamiento anaerobio. Pero también
aquí siguen siendo problemáticas las 2-8 horas de
permanencia (en el documento DE 198 46 336 A1 se mencionan
2-6 horas) para el lavado de la materia orgánica
fácilmente degradable. Pero en la aplicación práctica se ha visto
sin embargo que para obtener un alto grado de disolución de la
materia orgánica fácilmente degradable es necesario en primer lugar
un lavado intensivo con agua de recirculación y no un tiempo de
permanencia largo, tal como se describe en el catálogo del
fabricante y prestador de servicios 1997/98, 9. Foro de Desechos de
Kassel, Editorial M.I.C. Baeza, pág. 12.
El aumento del tiempo de permanencia únicamente
expone a los desechos a una solicitación mecánica más prolongada o
a una disolución. En este proceso, la hidrólisis, una disgregación
química o enzimática especial de las moléculas catalizadas mediante
bases o ácidos con inclusión de agua, juega en este proceso un papel
secundario, siendo en cambio más eficaz la disolución utilizando
agua como disolvente.
Sólo muy tardíamente se ha impuesto el
reconocimiento de que una hidrólisis suficiente de la fracción
orgánica de los desechos ya tiene lugar durante la recogida y
almacenamiento de los desechos hasta su tratamiento. No es raro que
transcurran 2-4 semanas desde que se produce el
desecho hasta su tratamiento, durante las cuales tiene lugar una
hidrólisis natural. La aplicación técnica de este conocimiento no se
conoce según el estado de la técnica.
Frente a los procesos antes citados para
tratamiento de desechos, la presente invención se ha planteado el
objetivo de producir unas fracciones que fueran aprovechables en
cuanto a material y/o energéticamente, y esto evitando lo más
posible la descarga en vertedero y optimizando el proceso de
separación en cuanto a rendimiento, consumo de energía, desgaste,
gastos de inversión y tratamiento ulterior flexible de las
fracciones producidas.
Para resolver este objetivo se propone el
procedimiento según la reivindicación 1 así como el dispositivo
para realizar este procedimiento según la reivindicación 35.
En el procedimiento conforme a la invención se
separa una mezcla de tres sustancias compuesta por agua, sustancias
inertes y materia orgánica en una instalación de separación de tres
etapas, en tres fracciones de sustancias inertes y tres fracciones
de materia orgánica así como una fracción líquida que contiene
sustancias disueltas así como sustancias inertes sumamente finas y
partículas orgánicas finas.
Según las circunstancias económicas y locales,
las sustancias inertes se depuran con agua de recirculación y agua
fresca hasta que se puedan dedicar a un aprovechamiento.
Especialmente en la fracción gruesa de sustancias inertes es
cuestionable el aprovechamiento de la sustancia según la legislación
nacional. Esta fracción se puede descargar en vertedero para su
estabilización, bien directamente o después de una breve fase de
envejecimiento, o se puede tratar en otra fase de tratamiento
ulterior hasta adquirir la calidad adecuada para su aprovechamiento.
Las fracciones de materia orgánica segregadas se pueden dedicar o
bien directamente a su secado, a su compostización o a una
fermentación.
fermentación.
En el procedimiento conforme a la invención
(véase la Figura 1), se segregan sustancias inertes en varias
etapas, comenzando con un contenido muy elevado de sustancia seca.
Una vez que se hayan separado las piedras gruesas (materia inerte
1, Figura 1), se puede separar por cribado la materia orgánica
gruesa (materia orgánica 1, Figura 1), que entonces está
debidamente exenta de las piedras del correspondiente tamaño de
cribado, y a continuación, ya que se trata de materia orgánica
gruesa, se puede lavar fácilmente de arena y de materia orgánica
fina adherida mediante pequeñas cantidades de agua.
La fracción semejante a material de retención de
reja (materia orgánica 1) se puede entonces exprimir con técnicas
de prensado sencillas y reducido desgaste hasta alcanzar unos
contenidos elevados de sustancia seca. Esto se consigue mediante el
lavado de toda la materia orgánica fina, que es muy difícil de
exprimir, y debido a la eliminación por lavado de la estructura de
piedra o de la estructura de materia inerte que en los demás casos
soporta preferentemente la fuerza de prensado sin contribuir a una
gran deshidratación. Para mejorar la disolución de materia orgánica
fácilmente biodegradable se puede realizar antes del exprimido un
desmenuzado con el fin de la eliminación de jugos.
Esta primera fase es la fase más importante de
todo el proceso. Mediante el alto grado de exprimido de la materia
orgánica gruesa (materia orgánica 1) se separa ya en esta fase del
proceso el material rico en estructura para el aprovechamiento
energético mediante incineración o gasificación de la materia
orgánica fermentable que se encuentra en el agua de prensado.
Realizando el prensado correspondiente se puede
contar en una primera etapa de prensado utilizando prensas de
husillo normales con un grado de deshidratación de aproximadamente
45% - 60% de contenido de sustancia seca.
En una segunda fase de prensado este material
(materia orgánica 1) se puede exprimir hasta un contenido de
sustancia seca del 60% - 75%.
La fracción orgánica (materia orgánica 1) se
puede aprovechar energéticamente de acuerdo con el tratamiento
previo conforme a la invención, bien de forma directa o después de
secado, mediante incineración o gasificación. Además de esto se
puede utilizar la materia orgánica 1 para el aprovechamiento de su
sustancia en agricultura si se cumplen los correspondientes valores
límite. Para ello es importante que además de la separación de
sustancia inerte y del correspondiente alto grado de exprimido, el
material de reja se someta a un secado por lotes. Además se debería
realizar el secado de modo que se consiga una higienización mediante
el correspondiente control de la temperatura durante el secado.
Después del secado, el material se debería liberar de sustancias
molestas, de acuerdo con un tratamiento de compostado fino y se
debería pelletizar para obtener una buena capacidad de
almacenamiento, capacidad de transporte y compatibilidad con las
plantas, del material que posteriormente se vaya a utilizar como
pellets de abono seco.
Una vez que se hayan separado las piedras
gruesas (materia inerte 1) y la materia orgánica (materia orgánica
1) de la suspensión de materiales, se ha reducido considerablemente
el contenido de sustancia seca de la suspensión restante. Esta
reducción está causada por la retirada de sustancia seca con elevado
contenido de sustancia seca, como por ejemplo las piedras con un
contenido de sustancia seca >90% y materia orgánica exprimida
con un contenido de sustancia seca de >45%. Para el lavado de las
sustancias inertes y para el lavado de la materia orgánica se
emplea además agua adicional que contribuye a una reducción
adicional del contenido de sustancia seca. De la suspensión
restante se separan en la segunda y tercera etapa del procedimiento
otras sustancias inertes.
En la segunda etapa se separa arena gruesa y
fina de un tamaño de grano de aprox. 2-25 mm
(sustancia inerte 2, Figura 1). En la fase subsiguiente se puede
separar por cribado la fracción orgánica por medio de una criba
fina cuyo tamaño de malla sea mayor que el tamaño de las sustancias
inertes máximas que se trata de separar, de aprox. >3 mm. La
fracción orgánica (materia orgánica 2) separada por cribado se
vuelve también a lavar con agua y se exprime. La arena (materia
inerte 2) que se separa en esta etapa se elimina a través de un
separador de arena, se vuelve a lavar con agua de recirculación y
se lava de nuevo con agua clara, de modo que de acuerdo con el
empleo de agua fresca se obtiene o bien una fracción de materia
inerte adecuada para vertedero o una fracción de arena
aprovechable.
Sigue por último la tercera etapa del proceso en
la que ahora por primera vez en todo el desarrollo del proceso se
emplea una bomba.
Debido a la separación de las diversas
fracciones de materia inerte y materia orgánica, que se separan en
gran medida en seco, así como por las cantidades totales de agua de
recirculación o agua fresca aportada, la suspensión cribada a
aprox. 3 mm ha aumentado ahora tanto en cuanto a contenido de agua
que junto con el contenido de sustancia seca entre el
3-8% resulta ideal para un hidrociclón de
clasificación situado a continuación.
El rebose del hidrociclón contiene los restantes
componentes finos de materia orgánica que están exentos de
minerales finos. La salida inferior del hidrociclón contiene las
sustancias inertes segregadas, pero que debido a su grado de finura
están todavía parcialmente contaminadas con materia orgánica
adherida. Esta sustancia mineral fina se puede llevar hasta
calidades aprovechables (materia inerte 3, Figura 1), mediante un
tratamiento ulterior, por ejemplo mediante una espiral de
clasificación o cribado fino con lavado. La fracción orgánica del
rebose de la criba se lleva a un cribado fino de aprox.
50-500 \mum. La torta de filtro que se forma en
el cribado fino (materia orgánica 3, Figura 1) también se puede
exprimir. Además del total de seis fracciones se obtiene un agua de
recirculación que está enriquecida de sustancia orgánica disuelta
debido a los diversos prensados y lavados.
De este modo se ha transferido al agua de
recirculación una gran parte de la materia orgánica fermentable,
mientras que la parte rica en estructura y más difícilmente
fermentable está contenido en la fracción exprimida. Para reducir
la viscosidad del agua de recirculación, ésta se debería
acondicionar ahora mediante un proceso biológico. Si no se tratase
el agua de recirculación, la viscosidad podría aumentar tanto que el
agua de recirculación ya no fuese utilizable como medio de
separación para la segregación de materia inerte. Para el
tratamiento del agua de recirculación están disponibles procesos
anaerobios de depuración de las aguas residuales tales como el
proceso de fermentación en lecho sólido o el proceso de fermentación
sumergida con retención de biomasa. Además de esto existe la
posibilidad de una fermentación conjunta del agua de recirculación y
de las fracciones de materia orgánica mediante procesos de
fermentación en seco, en húmedo para suspensiones que contengan
sustancias sólidas o procesos de
precolación.
precolación.
Puede obtenerse mejor solubilidad de la materia
orgánica en el agua de recirculación mediante un acondicionamiento
térmico calentando la suspensión a unos 70ºC. Pero al mismo tiempo
hay que observar que debido al acondicionamiento térmico el agua de
prensado contiene mayor CSB y mayor carga de retención de metales
pesados. Este efecto se aprovecha con la presente invención de modo
que la materia orgánica exprimida que no llega a la fermentación se
decontamine mientras que la carga se aporta controladamente a la
fase líquida mediante un acondicionamiento térmico.
De este modo se reduce notablemente la materia
orgánica contaminada debido a una elevada proporción fermentable de
materia orgánica disuelta, y al mismo tiempo se precipitan en la
fermentación los metales pesados por la formación de complejos de
la materia orgánica durante la fermentación. La carga de sustancias
nocivas se vuelve a encontrar entonces preferentemente en el
residuo de fermentación. En el caso de una fermentación
exclusivamente con agua de recirculación, después de la
fermentación la materia orgánica es por lo tanto el sumidero de
sustancias nocivas del procedimiento.
El aprovechamiento material de las fracciones
orgánicas se emplea preferentemente en agricultura como fertilizante
y/o como mejorado del terreno. Para ello la materia orgánica o bien
se compostiza en plantas de compostizado o se fermenta en plantas
de fermentación y se emplea compostada o secada así como pelletizada
y como vertido suelto de compost o en forma de pellets de
fertilizante. Para el aprovechamiento energético la materia orgánica
se deshidrata mecánicamente lo más posible y se utiliza en
instalaciones de gasificación o de incineración. Para ambas vías de
aprovechamiento es ventajoso un tratamiento previo mediante el
procedimiento objeto de la invención.
El procedimiento objeto de la invención se puede
emplear ventajosamente en combinación con todos los procedimientos
mecánico-biológicos y térmicos existentes así como
con procedimientos de fermentación en seco y en húmedo,
procedimientos de precolación, procedimientos de hidrólisis,
procedimientos de compostado, procedimientos aerobios y anaerobios
de depuración de las aguas residuales, procedimientos de separación
por membrana para la depuración del agua de recirculación,
procedimientos de secado, procedimientos de pelletizado así como
procedimientos de combustión, con o sin secado previo. Incluso
también es ventajoso el equipamiento posterior de instalaciones
existentes. Debido a reglamentos nacionales ya no queda asegurada la
venta de compost de algunas instalaciones de compostizado para su
uso material debido a la carga de sustancias nocivas del compost ni
la descarga en vertedero,. Mediante un equipamiento posterior con el
procedimiento objeto de la invención se pueden reducir los
contenidos de sustancias nocivas de las fracciones de materia
orgánica y al mismo tiempo resulta posible el aprovechamiento
energético como biomasa por la separación de las sustancias inertes
y el empleo del compostizado para secado de las fracciones
orgánicas.
Las fracciones inertes 1, 2 y 3 se deberían
utilizar preferentemente como materiales en la industria de la
construcción. Para las fracciones inertes 1 y 2 hay aplicación del
material en la mayoría de las mezclas de materiales. La fracción
inerte 1 no siempre cumple la calidad para el uso material, por
ejemplo en residuos de población y sin ningún tratamiento posterior
y por lo tanto hay que descargarla en un vertedero. Dado que las
sustancias pesadas presentan una actividad biológica relativamente
reducida, estas sustancias pesadas cumplen la mayoría de los
criterios nacionales para la descarga en vertedero de desechos
estabilizados biológicamente. En determinados casos se puede llevar
a cabo una estabilización posterior.
Numerosos desechos orgánicos con alto contenido
de materia orgánica fácilmente biodegradable a menudo no se pueden
tratar con procedimientos anaerobios de depuración de aguas
residuales para la producción de biogás sin un tratamiento previo,
debido a su carga de materias pesadas y sustancias orgánicas
gruesas. Con el procedimiento conforme a la invención se puede
llevar a cabo el tratamiento previo necesario de modo universal para
todos los desechos industriales orgánicos conocidos actualmente,
desde el orujo pasando por contenidos en la panza de los rumiantes
hasta el licuame. Generalmente se puede renunciar a llevar a cabo
una mezcla con el fin de evitar sedimentaciones en las
instalaciones de fermentación.
La presente invención representa por lo tanto un
procedimiento universal para el tratamiento previo que permite un
tratamiento ulterior flexible, adaptado a las circunstancias
locales, con independencia de la carga de sustancias nocivas
contenidas en el desecho. La intensidad de tratamiento depende de
las circunstancias económicas y locales y puede tener una
estructura modular. Debería ser posible la adaptación de la técnica
de la instalación a los futuros requisitos de calidad de las
fracciones para el aprovechamiento y la eliminación así como la
adaptación a la futura legislación medioambiental mediante una
sencilla ampliación o transformación de la técnica de la
instalación.
Además, la técnica de la instalación debería
poder utilizarse para el mayor número posible de desechos, en el
sentido de una gestión de desechos descentralizada. El presente
procedimiento y el presente dispositivo son por lo tanto adecuados
para tratar entre otras cosas desechos de población, desechos
biológicos, desechos industriales orgánicos, licuame, barredura de
calles, suelos contaminados y residuos procedentes de la depuración
de aguas residuales municipales e industriales.
El procedimiento y la realización del
procedimiento mediante el dispositivo conforme a la invención se
representan esquemáticamente en los siguientes dibujos:
Figura 1 muestra en un diagrama la variación que
sufre la composición de una mezcla de sustancias en las distintas
etapas del proceso o pasos del proceso.
La Figura 2 muestra une esquema de desarrollo
del proceso en combinación con el dispositivo necesario para la
realización.
Con relación a las etapas del proceso
representadas en la Figura 1 se remite a la explicación que figura
más arriba.
En la Figura 2 se explica la realización del
proceso a título de ejemplo mediante el dispositivo representado
esquemáticamente.
En primer lugar se desmenuza y desfibra
ligeramente la mezcla de sustancias 1 que se ha de tratar, con lo
cual se logra mejor posibilidad de segregación, ya que debido a la
ligera disolución de los materiales de fibra no se aumenta
innecesariamente la viscosidad del agua de recirculación. En
determinados casos se puede renunciar también al desmenuzado fino
de las mezclas de sustancias antes de la entrada en el dispositivo
objeto de la invención ya que el dispositivo está preparado para un
tamaño de pedazos de hasta aproximadamente 120 mm.
A continuación se lleva la mezcla de sustancias
1 a un mezclador 4 por medio de un transportador dosificador 2,
preferentemente un transportador de tornillo sinfín. Al hacerlo se
humedece ya la mezcla de sustancias en el transportador de tornillo
sinfín con agua de recirculación, y a la salida hacia la mezcladora
se lava con agua de recirculación 5, 6 para evitar
obstrucciones.
La mezcla de sustancias 3 humedecida pasa a la
mezcladora, que es accionada por debajo mediante un agitador 7. Las
revoluciones del agitador y el contenido de sustancia seca en la
mezcladora se ajustan por medio de la alimentación de agua de
recirculación en función del consumo de corriente del agitador y de
la viscosidad del agua de recirculación, de modo que se incorporen
sustancias ligeras y salgan junto con la totalidad de la suspensión
a través de una salida inferior del mezclador por medio de un
transportador 9 y se optimicen en las etapas de separación
subsiguientes. La incorporación de las sustancias ligeras se
favorece debido al humedecimiento previo mediante el tornillo
sinfín dosificador 2 y por la formación de trombos en la mezcladora
que puede ajustarse por medio de un divisor de corriente.
1ª
etapa
Desde la mezcladora 4 la suspensión 8 pasa al
transportador 9. El transportador está realizado como transportador
de tornillo sinfín con un diámetro mínimo de unos 300 mm y un paso
helicoidal de aprox. 150 mm. La artesa del tornillo sinfín está
realizada como artesa en U y tiene por encima del tornillo sinfín
una sección libre de aprox. 150 mm. El transportador de tornillo
sinfín 9 va embridado en la parte inferior de la mezcladora 4 de
modo que las sustancias pesadas puedan deslizar dentro del
transportador de tornillo sinfín con un ángulo de unos 45º. La
suspensión es impulsada por medio de la presión hidráulica de la
mezcladora a la corriente de fondo y a través de un clasificador a
contracorriente 10 llega a un tornillo sinfín de cribado 16. Antes
de alcanzar el clasificador a contracorriente 10, la suspensión pasa
a lo largo del tornillo sinfín 9, no siendo arrastradas las
sustancias pesadas al clasificador a contracorriente 10 sino que se
evacuan a través del tornillo sinfín 9 que gira lentamente. Dado
que las sustancias pesadas que se van hundiendo están todavía
cargadas con materia orgánica adherida y retenida, se lava el
tornillo sinfín 9 en la zona del clasificador a contracorriente 10
con agua de recirculación 11 procedente de la segunda etapa. Las
sustancias pesadas transportadas mediante el transportador de
tornillo sinfín 9 más allá de la zona del clasificador a
contracorriente 10 se vuelven a lavar ahora con el agua de
recirculación 12 procedente de la tercera etapa. En la zona situada
por encima del nivel de suspensión en el tornillo sinfín 9 se
aclaran las sustancias pesadas con agua de recirculación depurada o
con agua fresca 13, y del sistema se descargan como primera fracción
inerte 15 a un contenedor o a otro punto de entrega.
Mediante el sistema de lavado en cascada antes
descrita donde a continuación del proceso de lavado siempre se
utiliza agua de lavado limpia se consigue un consumo reducido de
agua de recirculación depurada o agua fresca y se alcanzan
calidades superiores de sustancia residual.
Las sustancias ligeras 14 descargadas a través
del clasificador a contracorriente 10 se criban con una criba de
sinfín 16 con una anchura de intersticios de aprox. 30 mm. Para
evitar capas flotantes se conduce la suspensión con las sustancias
ligeras a la criba de sinfín 16 a través de un tramo de tubería
cerrada. De este modo las sustancias se conducen forzosamente a la
zona de las aletas del sinfín de la criba de sinfín 16 debajo del
nivel de líquido, se transportan y se criban. Para mejorar el
resultado de la criba se añade agua de recirculación 18 para lavado
de la criba de sinfín 16. En la parte posterior de la criba de
sinfín se lleva a cabo un prensado previo de las sustancias ligeras
22.1 antes de entregar las sustancias ligeras 22.1 a una prensa de
lavado 19. En la prensa de lavado se lavan las sustancias ligeras
con agua fresca 20 o con agua de recirculación depurada y se
deshidratan hasta unos grados de deshidratación elevados de hasta un
60% del contenido en sustancia seca, y se descargan en un
contenedor como torta de prensado o primera fracción orgánica 22, o
se entregan a un sistema transportador correspondiente.
La suspensión cribada 17 y el agua de prensado
21 se conducen sin bombear a una cubeta de decantación 23.
2ª
etapa
En la segunda etapa del proceso de separación la
suspensión 17, 21 llega a una cubeta de sedimentación 21 que está
construida como un clasificador de arena. Las sustancias pesadas
descienden al sinfín de descarga 24 mientras que las sustancias
ligeras 27 llegan a través de un rebose a un tornillo sinfín de
cribado de intersticios 29. En el tornillo sinfín de cribado se
lavan las sustancias ligeras con agua de recirculación 30
procedente de la 3ª etapa, con agua fresca 31 o con agua de
recirculación depurada, y se deshidratan hasta un 45% de sustancia
seca. La segunda fracción de materia orgánica 32 deshidratada se
descarga en un contenedor o se entrega a un sistema transportador
correspondiente.
Las sustancias pesadas segregadas en el
tornillo sinfín de descarga 24 se limpian primeramente mediante un
sistema de lavado en cascada, primeramente con agua de recirculación
25 y después con agua de recirculación depurada o con agua fresca
28 eliminando sustancias ligeras, se lavan y se descargan como
segunda fracción de materia inerte 28 a un contenedor de
deshidratación o a un sistema transportador subsiguiente.
La suspensión cribada 33 con un tamaño de grano
inferior a 3 mm se conduce a un contenedor de filtrado 34.
3ª
etapa
Del contenedor de filtrado de la segunda etapa
se conduce una suspensión apta para bombeo 51, bien por medio de
una bomba centrífuga 55 como agua de circulación para su lavado, o
bien se entrega a un hidrociclón 36 mediante otra bomba centrífuga
35. La suspensión 37.1 descargada a través del tubo buzo del
hidrociclón contiene todavía materiales de fibra orgánicos
cribables y partículas que se criban por medio de una criba
vibratoria 53 en dos etapas, primero para aprox. 200 \mum y
después para aprox. 50 \mum. Para mejorar la calidad de cribado
se puede lavar la criba. La torta de cribado 44 que ha sido
pre-deshidratada estáticamente hasta un contenido
aproximado de 20% de sustancia seca se deshidrata nuevamente por
medio de una prensa de husillo sinfín 45 hasta aprox. un 40% de
sustancia seca, y se descarga como torta de prensado o tercera
fracción de materia orgánica 49. El agua de prensado 46 pasa a un
depósito colector 47 y después se vuelve a conducir nuevamente a la
criba 43 por medio de una bomba 48. La suspensión cribada 50 pasa
por gravedad a un contenedor de filtrado 52.
La fracción pesada 37.2 procedente de la
corriente de fondo del hidrociclón se depura adicionalmente por
medio de una espiral de clasificación 38. Debido a las condiciones
de flujo especiales que se han de ajustar en la espiral de
clasificación 38, se añade agua de recirculación 58. La fracción
pesada depurada se conduce a un baño de calmado con descarga de
arena 39, mientras que la fracción pesada 42 polucionada con materia
orgánica se vuelve a conducir nuevamente al hidrociclón a través
del contenedor de filtrado 34 de la segunda etapa. El agua de
lavado 41 también se conduce al depósito de filtrado 34 de la
segunda etapa. La fracción pesada restante se deshidrata por medio
de un tornillo sinfín 39, después de un lavado con agua fresca 37.3
y se segrega como tercera fracción de materia inerte 40.
El exceso de agua se conduce a través de un
rebosadero desde el contenedor de filtrado 52 de la tercera etapa
como agua residual 53 a un sistema de depuración del agua de
recirculación, que limpia el agua de recirculación de modo que se
pueda volver a utilizar nuevamente como agua de separación y de
lavado.
En caso de necesidad, se puede calentar la
totalidad del sistema por medio de un intercambiador de calor
56.
Claims (10)
1. Procedimiento para el tratamiento mecánico
húmedo de una mezcla de sustancias, en particular de desechos de
todas clases, compuesta por materias inertes, agua así como
sustancias orgánicas con una proporción soluble en agua y
convertible biológicamente, utilizando agua como medio disolvente,
de lavado y de separación,
caracterizado porque primeramente se
mezcla la mezcla de sustancias en una mezcladora (4) de forma
continua con agua como medio de separación y de lavado, sin
segregar componentes de la mezcla, hasta haber ajustado un
contenido de sustancia seca del 15 al 25%,
porque en una primera etapa
- -
- la mezcla de sustancias procedente de la mezcladora (4) se descarga mediante un transportador (9), para lo cual mediante la adición de agua (11, 12) permanecen disueltos los componentes ligeros en una mezcla de sólidos/líquidos con un contenido de sustancia seca del 10% al 20%, mientras que los componentes pesados se sedimentan y se separan con el transportador como primera fracción inerte pesada (15) con un tamaño de grano de > 25 mm,
- -
- se separan por cribado de la mezcla de sólido/líquido restante (14) las sustancias orgánicas ligeras con un tamaño de 30 a 120 mm como primera fracción orgánica de materia ligera (22), se vuelven a lavar y se prensan,
porque en una segunda etapa
- -
- se separan por gravedad de la suspensión restante con un contenido ajustado de sustancia seca del 6% al 12%, primeramente las materias pesadas inertes (28) con un tamaño de grano de 2-25 mm y a continuación se separan mediante cribado y lavado otras sustancias orgánicas ligeras (32) con un tamaño de grano de 3 a 30 mm;
porque en una tercera etapa
- -
- se separan de la suspensión restante con un contenido ajustado de sustancia seca del 3% al 8%, más sustancias pesadas inertes (40) con un tamaño de grano < 2 mm mediante fuerza centrífuga, y después otras sustancias ligeras orgánicas (49) con un tamaño de grano de 150 \mum hasta 3 mm, mediante cribado y lavado.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque en la 1ª a 3ª etapa se emplea como medio
disolvente, de lavado o de separación agua fresca o agua de
recirculación compuesta por filtrado sin tratar y/o depurado o aguas
residuales de la 2ª y/o 3ª etapa.
3. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque en la 1ª etapa
la descarga (8) de la mezcladora (4) se separa por medio de un
transportador de tornillo sinfín (9), que en la zona superior
presenta suficiente área de sección libre para que una parte,
compuesta principalmente por sustancias ligeras, se retire por
encima del tornillo sinfín directamente a un clasificador a
contracorriente 10, y otra parte compuesta principalmente por
sustancias pesadas, se siga liberando de sustancias ligeras mediante
agua de lavado (13) y se descargue por medio del transportador de
tornillo sinfín (9), para lo cual se descargan a través de esclusa
preferentemente en la primera etapa las sustancias ligeras (14) por
medio de la presión hidráulica causada por el nivel de llenado en
la mezcladora (4), por la presión previa por medio de las bombas de
agua de lavado (54, 55) así como por la alimentación de agua fresca
(13) a través del clasificador contracorriente (10) al cribado
(16), o en la 1ª etapa las sustancias se lavan en cascada las
sustancias pesadas en el transportador (9) con el filtrado de la 2ª
etapa (11) y el filtrado depurado de la 3ª etapa (12) así como con
agua fresca (13), con lo cual las sustancias pesadas que se
sedimentan se liberan de la materia orgánica disuelta, de las
sustancias ligeras y de las sustancias pesadas más finas, además
preferentemente de modo que en la 1ª etapa se utiliza
adicionalmente aire comprimido para efectuar el barrido de las
sustancias pesadas en el transportador (9).
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque las sustancias pesadas inertes (15)
descargadas en la 1ª etapa se desmenuzan mediante una machacadora y
una vez desmenuzadas se añaden para su ulterior depuración, bien a
la mezcla de sustancias de la 2ª etapa, en caso de un desmenuzado
inferior a 15 mm, o a la mezcla de sustancias de la 3ª etapa en
caso de un desmenuzado menor a 3 mm para lo cual antes del
desmenuzado se separan los metales por medio de un separador de
metales.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el filtrado (33)
de la 2ª etapa pasa primeramente a un contenedor de filtrado (34) y
desde allí se conduce en la 3ª etapa a un hidrociclón (36),
mediante el cual y según el contenido de sustancia seca y la
viscosidad del filtrado se separan sustancias pesadas con un tamaño
de grano de hasta 50-150 \mum, para lo cual se
clasifica y lava preferentemente la corriente de fondo (37.2) del
hidrociclón por medio de una espiral clasificadora (38) mediante la
adición de agua de recirculación (58), para lo cual la fracción
pesada depurada se lava y deshidrata por medio de una cubeta de
sedimentación con descarga por tornillo sinfín (39) mediante lavado
con agua fresca (37.3), y la fracción pesada con carga de materia
orgánica y el agua de lavado (41) se devuelven al contenedor de
filtrado (34) de la 2ª etapa o se lava y deshidrata la corriente de
fondo (37.2) del hidrociclón por medio de una criba vibratoria con
lavado por agua fresca, o se conduce el rebose (37.1) del
hidrociclón a una criba vibratoria (43), se lavan las partículas
cribadas con agua fresca y/o con filtrado, se deshidrata
mecánicamente la torta de filtro (44) previamente espesada, por
medio de una prensa de husillo (45) y se devuelve el agua de
prensado a la criba vibratoria (43).
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque el filtrado (50) de la criba vibratoria
se somete en su totalidad o por partes a un tratamiento aerobio o
anaerobio para reducir la viscosidad debida al enriquecimiento de
materia orgánica disuelta, y a continuación se vuelve a conducir al
proceso como agua de recirculación, para lo cual se conduce
preferentemente el filtrado (50) a otro contenedor de filtrado (52),
se elige el tiempo de permanencia del filtrado (50) en este
contenedor, así como el tiempo de permanencia del filtrado 33 de la
2ª etapa en el contenedor de filtrado (34) previo al hidrociclón
mediante el correspondiente dimensionado de los contenedores, de
modo que tenga lugar la hidrólisis del filtrado y además se depura
preferentemente un flujo parcial del filtrado (53) procedente del
contenedor de filtrado (52) mediante otro tratamiento anaerobio de
las aguas residuales, y se vuelve a aprovechar en el proceso el
vertido depurado procedente del tratamiento de las aguas residuales
como agua de recirculación, para lo cual se consigue una mayor
solubilidad de la fracción orgánica gracias a un bajo valor pH del
agua de recirculación.
7. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado porque el filtrado de la 3ª etapa sometido a un
tratamiento aerobio o anaerobio se libera de sustancias nocivas y/o
de sales antes de devolverlo al proceso como agua de recirculación,
por medio de sistemas de microfiltración, nanofiltración u ósmosis
inversa, con lo cual se reduce la concentración de sustancias
nocivas de la mezcla de sustancias en el proceso debido al agua de
recirculación depurada.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 ó 7, caracterizado porque antes de
devolver el agua de recirculación (56) al proceso se calienta por
medio de un intercambiador de calor (56) hasta
30-85º para mejorar el rendimiento de separación
del conjunto del sistema, el grado de deshidratación de las
fracciones de materia orgánica, la solubilidad de la materia
orgánica fermentable y la higienización de las fracciones
individuales así como para ajustar la temperatura de 35º ó 55º
necesaria para la fermentación de las aguas residuales (53) y/o de
las fracciones de sustancia ligera (22, 32, 49), y/o porque para la
fermentación de las aguas residuales (53) así como para la
totalidad o para algunas de las fracciones de sustancias ligeras
(22, 32, 49) se utiliza un proceso conocido por el estado de la
técnica, en particular el proceso de fermentación en seco así como
el proceso de fermentación en húmedo, para lo cual las fracciones de
sustancia ligera (22, 32, 49) segregadas en la 1ª a 3ª etapa se
ajustan preferentemente durante la fermentación a un grado de
deshidratación predeterminado y se someten a un desmenuzado
posterior.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque las fracciones
de sustancia ligera (22, 32, 4) segregadas en la 1ª a 3ª etapa se
deshidratan al máximo posible por procedimiento mecánico y/o se
someten a un tratamiento térmico-biológico posterior
y se secan para su utilización energética o material como
fertilizante en seco, para lo cual las fracciones de sustancia
ligera (22, 32, 49) secadas térmicamente se emplean preferentemente
después de su pelletización para mejorar la compatibilidad con las
plantas como pellets de fertilizante en seco o se emplean las
fracciones ligeras secadas (22, 32, 49) como medios auxiliares de
pelletización para el pelletizado de sustitutos de combustible tales
como residuos de embalaje o rebose de cribado tratado procedente de
plantas de tratamiento mecánico-biológico, con lo
cual se mejora al mismo tiempo la termoestabilidad de los pellets
de combustible al utilizarlos en procedimientos de gasificación en
cuba.
10. Dispositivo para realizar el procedimiento
según una de las reivindicaciones anteriores, compuesto por la
interconexión sucesiva de
- -
- un transportador dosificador (2), una mezcladora (4), un transportador de tornillo sinfín (9), un clasificador a contracorriente (10), un dispositivo de cribado (16) y una prensa (19), en una primera etapa del proceso
- -
- de una cubeta de sedimentación (23), de un tornillo sinfín de descarga (24), de un dispositivo de cribado (29) y de un contenedor de filtrado (34), en una 2ª etapa del proceso
- -
- de una bomba centrífuga (35), de un hidrociclón (36), de una criba vibratoria (43) y de una prensa de tornillo sinfín (45), así como a continuación del hidrociclón, de una espiral de clasificación (38), de un baño de calmado con descarga de arena (39), en una 3ª etapa del proceso.
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