ES2891380B2 - Procedimiento y sistema de mineralización de lixiviados o purines - Google Patents

Procedimiento y sistema de mineralización de lixiviados o purines Download PDF

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Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento y sistema de mineralización de lixiviados o purines
Objeto de la invención
La presente invención tiene como objeto un procedimiento y un sistema de mineralización de lixiviados, en particular, de todo tipo de lixiviados de origen no químico, mediante el empleo de medios mecánicos, eléctricos, así como un bioestimulante en base a diversos oligoelementos. También es aplicable a la mineralización de purines.
El sistema aquí propuesto, es un sistema continuo, con bajos consumos energéticos, gracias al cual se obtienen aguas de salida, aptas tanto para el riego, para la limpieza de granjas de ganado bovino y porcino, así como para el vertido a un cauce público, en función de los parámetros exigidos por la administración y/o la cuenca hidrológica de destino.
Antecedentes de la invención
En la actualidad, se denomina comúnmente lixiviado, al líquido resultante de un proceso de percolación de un fluido a través de un sólido. El lixiviado generalmente arrastra gran cantidad de los compuestos presentes en el sólido que atraviesa.
El término lixiviado se usa en casi todas las ciencias ambientales, siendo su uso más general el que corresponde al lixiviado de los depósitos controlados, por lo que generalmente se asocia el término lixiviado a los líquidos que se gestionan en los depósitos controlados de residuos.
Por ejemplo, los residuos acuosos procedentes de basureros son "aguas negras cargadas de partículas orgánicas e inorgánicas muy tóxicas" imposibles de ser vertidas a cauces públicos o ser reutilizadas de alguna otra forma posible, ya que por disposiciones legales medioambientales son incompatibles con el medio ambiente, imposibilitando el desarrollo de la vida de cualquier tipo de organismo y afectando considerablemente el entorno que los circunscribe.
Por tanto, se hace necesario la implantación de sistemas o métodos que adecuen dichas aguas, haciéndolas óptimas para su vertido controlado, tanto en el cauce de los ríos, como para otras aplicaciones como pueda ser el empleo de agua para el riego.
Por ello, son conocidas diversas soluciones o técnicas que intentan solventar dicha problemática descrita, como por ejemplo, la patente española ES2183723. Ésta describe un sistema de depuración de aguas residuales procedentes de basureros (lixiviados) mediante alcalinización y ozonización, que posee varias etapas: coagulación-floculación; alcalinización y eliminación de grasas con hidróxido sódico; inyección de aire a presión y filtración; filtración en lecho de arena, nylon y carbón activo; ozonización; nueva filtración en lecho de arena, nylon, diatomeas y carbón activo; y finalmente, ósmosis inversa. Esta solución requiere un alto consumo energético, y unos altos costes de mantenimiento y de operación. Además, el sistema es complejo técnicamente y requiere la presencia continua de personal.
También son conocidos los problemas derivados de los purines procedentes de explotaciones porcinas. De forma similar a los lixiviados, contienen una gran cantidad de sustancias (nitratos, por ejemplo) que han de ser retiradas antes del vertido o uso de las aguas.
Descripción de la invención
El sistema de mineralización de lixiviados, objeto de la presente invención, comprende una balsa inicial que incorpora un filtro situado en la entrada de la propia balsa; y una depuradora, compuesta por una zona de agitación, una zona de aireación, una zona de nitrificación y una zona de decantación; todo ello comandado por unos medios lógicos de control.
Gracias al sistema aquí propuesto, la depuradora biológica consigue multiplicar la población bacteriana hasta cuatro veces la de cualquier situación existente, y al mismo modo, gracias a la aportación externa de diversos oligoelementos, se obtiene un agua de salida libre de metales pesados. Reduce las sales, nitratos y fosfatos, por encima de un noventa por ciento, obteniendo un agua apta para el riego, como abono o de aportación a un cauce público.
Una vez transcurrido el periodo de activación, y conseguido su óptimo régimen de trabajo y de rendimiento, se obtiene un flujo constante independiente de las condiciones meteorológicas o de la estacionalidad.
Por ello, el procedimiento aquí presentado, propone una gran reducción de los costes energéticos habituales en la depuración de lixiviados (hasta del 90% frente a otras soluciones), favoreciendo a su vez, la desaparición de los gases, de los olores y de los tradicionales costes económicos asociados a la implementación de instalaciones de lodos, eliminando también, los procedimientos relacionados con su compactación, secado, transporte y vertido. También se puede lograr la independencia de la red energética, al poder realizar el acopio energético mediante instalaciones de gas natural, hidrógeno y/o instalaciones fotovoltaicas propias gracias a su pequeño consumo.
La eficiencia del sistema viene determinada por la eliminación de procesos habituales y muy costosos económicamente, lo que deriva en un ahorro de equipos de tratamiento, de complejidad de gestión y de coste económico en la instalación del sistema, haciendo más rentable la instalación.
El proceso de mineralización hace que todos los metales pesados, las arcillas y un porcentaje muy elevado de las sales formen flóculos que se depositan en la parte inferior de la cubeta de aireación. Estos flóculos forman capas que se retiran con el mantenimiento periódico (plurianual). Los flóculos serán depositados en contenedores para este tipo de residuo o bien llevados a un vertedero especial o gestor autorizado, pudiendo plantearse la recuperación de cualquier componente valorizable.
Estos flóculos estarán compuestos en un 15% de metales pesados, y en un 85% de arcillas con partes de sales. Al quedar los flóculos en el interior de la depuradora, el agua que sale al exterior de la balsa está totalmente exenta de los mismos.
Gracias al diseño de la instalación aquí propuesta, se conseguirá solventar la problemática asociada a las instalaciones depuradoras de lixiviados, que radican entre otras, en un alto coste de mantenimiento, un alto consumo en electricidad, creación de gases y olores, formación de lodos (instalación de dependencias para el secado de los mismos), y empleo de caros aditivos para su depuración.
A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que restrinjan la presente invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas.
El procedimiento de mineralización de lixiviados o purines comprende:
• una fase de almacenamiento en una primera balsa con un agitador; • una separación en un separador, cuya fracción líquida se deriva a
• una serie alterna, por encima de 9°C:
o de etapa de homogeneización con dosificación de bioestimulante
o de etapa de reacción con oxígeno, y dosificación de bioestimulante
• una decantación
• una higienización.
El ejemplo preferido de bioestimulante contiene bicarbonatos (15-20% en peso), magnesio (20-25%), sulfatos (10-15%), calcio (30-20%), potasio (0-5%), una enzima natural (0-5%) y una proteína de origen vegetal (5-10%).
Cada etapa de homogeneización y reacción recibe una dosis de bioestimulante de 0,350 Kg/m3 al mes, con precarga inicial.
Por su parte, la fracción sólida del separador se almacena y sus lixiviados se envían a la primera balsa.
El sistema de mineralización de lixiviados o purines, está previsto para ejecutar el procedimiento anterior. Para ello comprende:
• una primera balsa con un agitador de homogeneización
• un separador sólido-líquido, de donde la fracción líquida se deriva a: • una serie alterna de homogeneizadores y reactores alternos, y medios para asegurar que la temperatura se mantiene por encima de 9°C. Esta serie comprende
o al menos dos homogeneizadores de agitación, con sendos dosificadores de bioestimulante;
o al menos dos reactores de oxigenación, con un dosificador de bioestimulante cada uno;
• un decantador tras el último reactor que deriva el agua decantada a • un higienizador.
La primera balsa puede comprender un sistema captador de gases.
Los reactores preferidos comprenden una entrada de aire inferior. Esta entrada puede generar un exceso de espuma, la cual se deriva al homogeneizador previo a cada reactor.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de planos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1.- Muestra un esquema del conjunto de la instalación según un ejemplo de realización.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
En las figuras que acompañan la memoria se ha representado un ejemplo de realización, que permite la comprensión de la invención pero que no es limitativo.
El sistema de mineralización parte en primer lugar de una entrada de los lixiviados a una primera balsa (1), de purín o lixiviado. Esta primera balsa (1) comprende un agitador (2) de homogeneización. Un caudalímetro (no apreciado) controla la cantidad de líquidos que entra a la primera balsa (1). Se puede instalar una arqueta (3) previa a la primera balsa (1) para asegurar que el flujo de entrada sea homogéneo, y una instalación de bombeo que las comunique.
La primera balsa (1) tendrá normalmente una capacidad de entre 7-11 días de producción de lixiviados o purines. La capacidad dependerá del tipo de lixiviado o purín y de la capacidad del tratamiento posterior. Se recomienda mantener la primera balsa (1) al menos al 50% por ciento de capacidad.
La primera balsa (1) estará cerrada por un sistema captador de gases (4), normalmente formado por una lona, un extractor y un biofiltro, por ejemplo de materia seca.
El líquido de la primera balsa (1) es bombeado hacia un separador (5) sólidolíquido, como puede ser una rampa y un tornillo o doble tornillo de filtrado. Un ejemplo de tornillo comprende un paso de 250 micras. La fracción líquida resulta inodora, mientras que la fracción sólida forma una costra que tampoco permite la salida de olores ni gases.
La fracción sólida se almacena para la posterior aplicación en fincas y/o gestión a planta de compostaje o tratamiento de gestor. Los lixiviados generados por el almacenamiento de la fracción sólida se conducen a la arqueta (3) o la primera balsa (1) con los demás.
La fracción líquida se conduce a una segunda balsa (6), de activación, donde se trata con un bioestimulante. El bioestimulante se puede aportar en estado sólido, en dos dosificaciones anuales de 0’500 Kg directamente en la segunda balsa (6). [La documentación dice que la segunda balsa es facultativa.
Se asegurará que la fase líquida esté en la segunda balsa (6) y cualquier momento del resto de tratamiento a una temperatura superior a 9°C para el funcionamiento adecuado del bioestimulante.
Los bioestimulantes ayudan a generar microorganismos biológicos que estimulan la depuración del agua, la concentración de sales y la digestión de los lodos resultantes. Son aplicables en la depuración de lixiviados y purines de bovino y porcino y depuradoras orgánicas sin ningún tipo de toxicidad.
En la segunda balsa (6), de activación, se produce la fotosíntesis de las bacterias autótrofas del lixiviado o purín. Estas bacterias utilizan para su crecimiento una fuente inorgánica de carbono, como el CO2 o el bicarbonato. Por lo tanto, favorecen la reducción de las emisiones. Además del carbono presente en el lixiviado o purín la presencia del bioestimulante acelerará la proliferación de bacterias y su actividad, aumentando la captura de carbono. Gracias al bioestimulante, la concentración de microorganismos aumenta de 380 millones de microorganismos por cm3 de purín o lixiviado a 1.600 millones de microorganismos por cm3. No se considera necesario sembrar bacterias.
La segunda balsa (6) tiene una gran capacidad de almacenaje, por ejemplo de 60 días de producción de lixiviado o purín. El ejemplo preferido poseerá una profundidad de 5 metros y 1 metro de resguardo. Se mantendrá llena con una variabilidad de ± 10%. Una instalación de bombeo aspirará el efluente desde un punto a media altura de la segunda balsa (6) para su envío a la línea de tratamiento biológico. Un caudalímetro (no representado) regulará el caudal de salida. Se pueden incorporar sensores de opacidad, pH... o cualquier variable que sea relevante.
Los fangos que se acumulan en la segunda balsa (6) permanecerán hasta que su volumen llegue a un cuarto de la altura de la balsa. En ese momento se extraerá la mitad, llevándolos a procesar a un gestor autorizado (planta de compostaje). El resto permanecerá en la balsa facultativa.
El efluente sacado de la segunda balsa (6) se deriva a un primer homogeneizador (7) que agita el efluente para evitar la sedimentación y homogeneizar. La capacidad del primer homogeneizador (7) depende del caudal, y recibirá bioestimulante (0,500 Kg de precarga y 0,350 Kg/m3 al mes, por ejemplo en una única dosis).
Del primer homogeneizador se remite al primer reactor (8), aeróbico, por ejemplo por gravedad. Este primer reactor (8) produce la primera nitrificación favoreciendo el desarrollo de bacterias nitrificantes que transforman el amoníaco en nitritos (NO2-). Por ejemplo, por bacterias del género Nitrosomas. Posteriormente se transforman en nitratos (NO3-) gracias a bacterias del género Nitrobácter.
El primer reactor (8) recibirá aire a partir de sopladores en el fondo del tanque, doblando como aireador y como agitador. Se controlará la aportación de oxígeno para que el proceso siga el orden correcto. Este primer reactor (8) recibirá bioestimulante (0,500 Kg de precarga y 0,350 Kg/m3 al mes). Estará preparado para la creación de espuma, que devuelve al primer homogeneizador (7).
El efluente del primer reactor (8) pasa a un segundo homogeneizador (9) cuya función es evitar la sedimentación y homogeneizar. El segundo homogeneizador (9) recibirá también bioestimulante (0,500 Kg de precarga y 0,350 Kg/m3 al mes). De este segundo homogeneizador (9) pasa a un segundo reactor (10), por ejemplo por gravedad.
El segundo reactor (10) produce una segunda nitrificación aeróbica, que nitrifica el amoniaco restante a nitrato con las mismas bacterias que el primer reactor (8), y la misma aportación de bioestimulante. El oxígeno se puede introducir por la base del tanque. Igualmente la espuma es devuelta al segundo homogeneizador (9).
La duplicación de reactores (8,10) y homogeneizadores (7,9) permite obtener los valores óptimos para la depuración, de forma que su armonización reduce las necesidades energéticas. Por ejemplo, el agitador de cada homogeneizador (7,9) puede funcionar un 20% del tiempo (3 minutos de cada 15 o así), al igual que la inyección o soplado de aire en los reactores (8,10).
Del segundo reactor (10) se deriva el efluente a un decantador (11), por ejemplo por gravedad. Este decantador (11) separa los flóculos por peso específico que precipitan en forma de fangos. El decantador (11) preferido tiene forma troncocónica.
El agua decantada se deriva a un higienizador (12), por ejemplo de lámparas UV que eliminan las bacterias y los gérmenes. El agua se lleva a una tercera balsa (13) de riego, de almacenamiento final. Esta agua se podrá utilizar para regar las fincas, para la limpieza de las fosas de la granja y, si la legislación lo permite, para verter a cauce público.
De los fangos precipitados, un 70% en peso se retornará a la segunda balsa (6) y un 30% se recirculará al primer homogeneizador (7), mediante bombeo.
Un ejemplo de bioestimulante apropiado está diseñado con oligoelementos naturales, contiene bicarbonatos (15-25% en peso), magnesio (20-30%), sulfatos (10-20%), calcio (15-25%), potasio (0-10%) y azúcar o glucosa (5-15%).
Durante el proceso microbiológico descrito se produce una gran reducción de emisiones de gases a la atmósfera, así como de olores.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    1- Procedimiento de mineralización de lixiviados o purines, que comprende:
    -una fase de almacenamiento en una primera balsa (1) con un agitador; -una separación en un separador (5), cuya fracción líquida se deriva a -una serie alterna, por encima de 9°C,
    de etapa de homogeneización con dosificación de bioestimulante de etapa de reacción con oxígeno, y dosificación de bioestimulante
    -una decantación
    -una higienización.
    2- Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado por que el bioestimulante contiene bicarbonatos (15-25% en peso), magnesio (20-30%), sulfatos (10-20%), calcio (15-25%), azúcar o glucosa (5-15%), y potasio (0-10%).
    3- Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado por que cada etapa de homogeneización y reacción recibe una dosis de bioestimulante de 0,350 Kg/m3 al mes.
    4- Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende un primer reactor (8) de nitrificación del amoníaco en nitritos y éstos en nitratos.
    5- Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado por que la espuma de cada reacción se deriva al homogeneizador previo.
    6- Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado por que la primera balsa (1) se mantiene al menos al 50% de capacidad.
    7- Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado por que la fracción sólida del separador se almacena y sus lixiviados se envían a la primera balsa (1).
    8- Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado por que comprende un almacenamiento previo a la primera homogeneización en una segunda balsa (6), con dosificación de bioestimulante.
    9- Procedimiento, según la reivindicación 8, caracterizado por que un 70% en peso de los fangos de la decantación se deriva a la segunda balsa (6) y un 30% se recirculará al primer homogeneizador (7).
    10- Sistema de mineralización de lixiviados o purines, que aplica el procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, comprende:
    una primera balsa (1) con un agitador (2) de homogeneización
    un separador (5) sólido-líquido, de donde la fracción líquida se deriva a: una serie alterna de homogeneizadores (7,9) y reactores (8,10) alternos, y por encima de 9°C, que comprende:
    al menos dos homogeneizadores (7,9) de agitación, con sendos dosificadores de bioestimulante;
    al menos dos reactores (8,10) de oxigenación, con un dosificador de bioestimulante;
    un decantador (11) tras los homogeneizadores (7,9) y reactores (8,10) que deriva el agua decantada a
    un higienizador (12).
    11- Sistema de mineralización, según la reivindicación 10, caracterizado por que cuya primera balsa (1) comprende un sistema captador de gases (4).
    12- Sistema de mineralización, según la reivindicación 10, caracterizado por que comprende una arqueta (3) previa a la primera balsa (1).
    13- Sistema de mineralización, según la reivindicación 10, caracterizado por que el separador (5) posee un paso de 250 micras.
    14- Sistema de mineralización, según la reivindicación 10, caracterizado por que comprende una derivación de los lixiviados de la fracción sólida del separador (5) a la primera balsa (1).
    15- Sistema de mineralización, según la reivindicación 10, caracterizado por que comprende una segunda balsa (6) de la fracción líquida a la salida del separador (5).
    16- Sistema de mineralización, según la reivindicación 10, caracterizado por que los reactores (8,10) comprenden una entrada de aire inferior.
    17- Sistema de mineralización, según la reivindicación 10 ó 16, caracterizado por que los reactores (8,10) comprenden un recuperador de espuma que deriva la espuma a los homogeneizadores (7,9).
    18- Sistema de mineralización, según la reivindicación 10, caracterizado por que el higienizador (13) es de lámparas UV.
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