ES2923050A1 - Sistema y metodo de tratamiento de materia organica - Google Patents

Abstract

Sistema para el tratamiento de materia orgánica (16) compuesta de una fracción líquida (17) y una fracción sólida. El sistema comprende un contenedor (1) en cuyo interior se dispone espuma de poliuretano fragmentada (2) y un filtro compacto de dicho material (3), comprendiendo el contenedor (1) una tapa (5) movida por un mecanismo de presión (6). En el contenedor (1) se vierte materia orgánica (16), por ejemplo, purines o alperujo. Tras filtrar y evacuar la mayor parte de la fracción líquida (17), la parte restante o fracción sólida se somete a un proceso de fermentación, sirviendo la espuma de poliuretano (2, 3) como soporte de la materia orgánica (16) durante la fermentación. El interior del depósito se enjuaga con agua, evacuándose a continuación la fracción sólida, que habrá quedado pasteurizada (19).

Description

DESCRIPCIÓN

SISTEMA Y MÉTODO DE TRATAMIENTO DE MATERIA ORGÁNICA

SECTOR DE LA TÉCNICA

La invención pertenece al campo del tratamiento de materias orgánicas de las que presentan una mezcla de elementos líquidos y sólidos, y propone un sistema y un método que permiten aprovechar, como soporte de la materia sometida a tratamiento, residuos de espuma de poliuretano.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La espuma de poliuretano se emplea como materia prima para la fabricación de una amplia variedad de productos en diversos sectores, por ejemplo, piezas moldeadas para asientos de vehículos. El elevado número de vehículos que se destinan al desguace o achatarramiento genera una gran cantidad de desechos de este material, que al menos en una elevada proporción acaba siendo gestionado como basura.

Determinadas actividades industriales, como la cría intensiva de ganado y la transformación agroalimentaria, generan residuos de naturaleza orgánica (por ejemplo, purines, o el subproducto resultante de la prensa de aceitunas para la fabricación de aceite de oliva, conocido como alperujo), que contienen una fracción líquida y una fracción sólida. Estos residuos pueden ser sometidos a un procedimiento de separación de dichas fracciones y a un tratamiento de reciclaje posterior que permita un aprovechamiento ulterior de esas materias.

Los residuos consistentes en deyecciones de explotaciones ganaderas, comúnmente conocidos como purines, son de especial relevancia para esta invención. Los purines son una materia primordialmente líquida, con poca sustancia seca y una gran cantidad de partículas en suspensión. El elemento líquido del purín procede de las deyecciones líquidas del ganado, más agua de limpieza y pérdidas de agua de bebida. Sus partículas en suspensión, que constituyen el elemento sólido del purín, provienen principalmente de los excrementos sólidos, y secundariamente, de pérdidas de los cereales y pienso suministrados a los animales.

El manejo de los purines en explotaciones intensivas, especialmente de porcino y bovino, constituye un problema considerable para los ganaderos, que se ven sometidos a crecientes exigencias regulatorias. Una salida tradicional ha consistido en esparcir los purines en campos de cultivo, pues como provienen de la alimentación animal a base de cereales y forrajes contienen nutrientes valiosos como fertilizantes. Sin embargo, el purín presenta un exceso de compuestos nitrogenados, además de bacterias y parásitos, por lo que la filtración de su elemento líquido puede contaminar los acuíferos, aguas de escorrentía y los propios suelos, razón por la que el abono con purines se encuentra sujeto a limitaciones o está prohibido.

De lo anterior resulta que, para un mejor aprovechamiento de los purines, conviene separar sus fracciones sólida y líquida. El documento de patente ES2034878 B1 (Martí Alonso et al), 01/04/1993 “Procedimiento para la obtención de abonos y agua recuperada partiendo de purines porcinos e instalación para la puesta en práctica del mismo” se basa en la separación de las partes sólida y líquida mediante un filtro en el interior de un depósito, usándose aquella como abono y neutralizándose esta mediante sal base, quedando apta para el riego agrícola.

El documento ES2703975 (Segovia Usandizaga), 13/03/2019, describe un “Sistema para depurar purines” cuyo propósito es igualmente la separación de los componentes sólido y líquido, que en este caso se realiza mediante etapas de prefiltración, filtración y postfiltración mediante un sistema de separadores, depósitos y filtros.

La presente invención se basa en la separación de los elementos líquidos y sólidos de la materia orgánica, lo que se lleva a cabo mediante un único depósito y con la novedad de que, una vez separada la fracción líquida, la parte restante es sometida a fermentación en el mismo depósito. El sistema y método propuestos son también novedosos porque se emplea espuma de poliuretano como soporte de la materia orgánica durante la fermentación, con lo cual se confiere un nuevo uso a aquel desecho industrial.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

En un primer aspecto, la invención tiene por objeto un sistema de tratamiento de materia orgánica (16), tal y como se define en la reivindicación 1. Otros modos de realización se definen en las reivindicaciones dependientes.

La materia orgánica (16) susceptible de someterse al método está compuesta de una fracción líquida (17) y una fracción sólida, esto es, ha de presentarse como una mezcla de elementos líquidos y sólidos.

En un modo de realización preferente, la materia orgánica (16) consiste sustancialmente en purines, más preferentemente de ganado porcino o vacuno.

En otro modo de realización, la materia orgánica (16) comprende residuos orgánicos procedentes de la prensa de aceitunas para la elaboración de aceite de oliva (alperujo), materia que contiene una fracción lipídica más fluida y una fracción sólida (principalmente el hueso de la aceituna).

El método puede aplicarse a otras materias orgánicas (16), aunque no consistan en residuos, con tal de que presenten una fracción líquida y otra sólida, ya que por la composición de la materia orgánica la fermentación podrá producirse en el interior del contenedor (1) que forma parte del sistema.

El sistema comprende un contenedor (1) y espuma de poliuretano (2, 3), dispuesta en el interior del contenedor (1). La espuma de poliuretano se presenta preferentemente en dos formas: fragmentada (2) y compactada en forma de microfiltro (3)

La espuma de poliuretano (2, 3) preferentemente provendrá de desechos de la industria o de las cadenas de consumo, por ejemplo, de asientos de vehículos. La espuma de poliuretano (2, 3) como componente del sistema realiza dos funciones: por un lado, durante una primera etapa del método que se describirá, sirve de medio de filtración de las partes líquida y sólida de la materia orgánica (16). Esta función la realiza especialmente el microfiltro de poliuretano (3). Y por otro, durante una segunda etapa, sirve de soporte para la fermentación que tiene lugar en el interior del contenedor (1). Esta función la realiza especialmente la espuma de poliuretano fragmentada (2).

En un modo de realización preferente, el contenedor es un depósito cilíndrico (1), el cual comprende medios de cierre y presión, tales como una tapa-pistón (5, 6); medios de entrada de aire y de agua (7, 8), para refrigeración o lavado; medios de expulsión de gases (aire y gases de fermentación) (9, 10) y medios separados (11, 12) para la salida de las distintas fracciones de la materia orgánica (16).

En un segundo aspecto, la invención tiene por objeto un método de tratamiento de materia orgánica (16), tal y como se define en la reivindicación 8. Otros modos de realización se definen en reivindicaciones independientes. El método comprende una primera etapa de separación mediante filtración de la parte líquida (17) de la materia orgánica (16), evacuándola al exterior del contenedor (1). A efectos de esta patente, debe entenderse por separación al hecho de que, tras esta fase, la mayor parte de la fracción líquida (17) habrá sido evacuada del contenedor (1), si bien la materia que quede en su interior seguirá conteniendo líquido, pero con una elevada concentración de materia insoluble. Esta materia que queda en el contenedor (1) tras la mencionada evacuación de la mayor parte de la fracción líquida (17) es la que a efectos de esta patente constituye la fracción sólida de la materia orgánica (16) sometida a tratamiento.

Asimismo, la fracción líquida (17) puede contener alguna partícula sólida que, por su pequeño tamaño, en mayor o menor cantidad (según el filtro seleccionado) haya traspasado el filtro, lo que no obsta a su consideración como fracción líquida (17) a los efectos de esta patente.

Una segunda etapa comprende someter a un proceso de fermentación a la fracción sólida, proceso que se realiza en el interior del mismo contenedor (1), una vez se ha evacuado la fracción líquida (11) de la materia orgánica (16). La fermentación se produce espontáneamente, debido a que dicha fracción sólida contiene macroelementos como carbono, nitrógeno, fósforo, así como bacterias y otros microorganismos. La invención propone usar espuma de poliuretano (2, 3) como soporte de la fracción sólida durante la fermentación.

A cada una de las diferentes materias orgánicas obtenidas tras la realización del método se les puede dar un uso ulterior. De este modo, cuando la materia orgánica consiste en residuos, la invención proporciona una solución al problema de su difícil manejo, obteniendo productos alternativos y contribuyendo a la economía circular y la preservación del medio ambiente. Así, cuando se trate de purines, su fracción líquida (17), rica en compuestos nitrogenados disueltos, puede usarse para el cultivo de microalgas. Los gases emanados de la fermentación pueden emplearse igualmente en el cultivo de microalgas. Al purín fermentado (19) puede dársele un uso como abono agrícola o como alimento de lombrices. Si la materia orgánica es, por ejemplo, alperujo, su parte grasa puede usarse como biocombustible y el residuo fermentado, como abono.

Tras unas aproximadamente 60 realizaciones del método, la espuma de poliuretano (2, 3) que se emplea para el tratamiento de la materia orgánica (16) se degrada y deja de ser apta para su uso en el método propuesto. Al degradarse mediante la ruptura de sus moléculas, que se descomponen en oxígeno, carbono y nitrógeno, la espuma de poliuretano en ese estado es apta para otros usos biológicos y particularmente en la lombricultura.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción se acompaña un juego de dibujos, que con carácter ilustrativo y no limitativo representan lo siguiente:

Figura 1.- Sistema de tratamiento de residuos orgánicos en un modo de realización preferente, en una vista en corte vertical.

Figura 2.- Representación del sistema en un momento de la realización del método correspondiente a una primera subetapa de la primera etapa.

Figura 3.- Representación del sistema en un momento de la realización del método correspondiente a una segunda subetapa de la primera etapa.

Figura 4.- Representación del sistema en un momento de la realización del método correspondiente a una primera subetapa de la segunda etapa.

Figura 5.- Representación del sistema en un momento de la realización del método correspondiente a una segunda subetapa de la segunda etapa.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

En un primer aspecto, la presente invención tiene por objeto un sistema de tratamiento de materia orgánica (16) compuesta de una fracción líquida (17) y de una fracción sólida.

El sistema comprende un contenedor (1) y espuma de poliuretano (2, 3), dispuesta en el interior del contenedor (1).

En un modo preferido de realización, representado en la Fig. 1, la espuma de poliuretano (2, 3) se presenta en dos formas: por un lado, espuma de poliuretano fragmentada (2), con la que se llenará el contenedor (1). Por otro lado, un microfiltro de poliuretano compactado (3), el cual se dispone ocupando toda la superficie del fondo del contenedor (1). En un ejemplo, de realización, por debajo de este filtro, a modo de refuerzo, se dispone un filtro de arena (4). Ambos tipos de filtro (3, 4) son conocidos en el estado de la técnica. Preferentemente se seleccionarán unos filtros (3, 4) que no permitan el paso de partículas sólidas de tamaño superior a 0,125 milímetros.

En un modo de realización preferente, el contenedor es un depósito cilíndrico (1) que, en el modo de realización que se describe, tiene una capacidad aproximada de 25 m3.

El depósito (1) comprende medios de cierre y presión, con el propósito de conseguir su cierre hermético y que dichos medios puedan ejercer presión sobre el contenido del depósito (1). En este ejemplo de realización, para este fin se dispone una tapa (5) de diámetro igual al diámetro interior del depósito (1), solidaria de un mecanismo convencional, preferentemente hidráulico (6), con lo cual la tapa (5), a modo de cabeza de pistón, puede descender por el interior del depósito (1) empujada por el mecanismo hidráulico (6). El mecanismo hidráulico (6) está configurado para que la tapa (5) pueda elevarse lo suficiente para dejar expedita la boca del depósito (1), a fin de que puedan introducirse la espuma de poliuretano fragmentada (2) y la materia orgánica (16).

El depósito (1) comprende medios de entrada de aire, que en un modo de realización comprenden una abertura practicada en su lateral, de un diámetro aproximado de 5 centímetros, solidaria de un tubo (7) configurado para que pueda acoplársele una manguera de compresor de aire.

El depósito (1) comprende medios de entrada de agua, que en un modo de realización comprenden una abertura practicada en su lateral, de un diámetro aproximado de 5 centímetros, solidaria de un tubo (8) configurado para que pueda acoplársele una manguera de agua a presión.

El depósito (1) comprende medios de expulsión de gases, que en un modo de realización comprenden dos válvulas localizadas en lados opuestos del lateral del depósito (1), conectadas a sendos tubos de evacuación de gases (9). Y una válvula de seguridad (10), instalada en la tapa (5). Dada la capacidad del depósito (1), es recomendable que las válvulas de los tubos de evacuación (9) y de seguridad (10) tengan un diámetro mínimo de 5 centímetros.

El depósito (1) también posee medios separados para la salida de las distintas fracciones de la materia orgánica (16), esto es, el depósito está configurado para que cada una de estas fracciones salga del depósito a través de una abertura distinta. En un modo de realización dicho medios comprenden: un grifo (11) de salida del elemento líquido (17) de la materia orgánica (16), localizado en la base del depósito (1) y, por consiguiente, por debajo de los filtros (3, 4), de un diámetro aproximado de 15 centímetros; y un grifo (12) de salida de la fracción solida pasteurizada (19) tras el proceso de fermentación, estando dicho grifo (12) ubicado en el lateral del depósito (1), por encima del microfiltro (3), presentando un diámetro aproximado de 35 cm.

En un modo de realización, los medios de salida de material reciclado comprenden además dos válvulas (13) de evacuación de grasas, situadas en la tapa (5). Estas válvulas intervienen en el supuesto de que la materia orgánica (16) sometida a tratamiento contenga una fracción grasa, por ejemplo, alperujo.

Los tubos de evacuación de gases (9) y los de salida de residuos reciclados (11, 12, 13) estarán conectados a mangas o tuberías (no mostradas) que permitan la conducción de las distintas materias hacia puntos del exterior (tanques de depósito, albercas de microalgas, cubas de abono agrícola o de transporte, etc.)

Finalmente, el sistema comprende instrumentos de medida, preferentemente una sonda de temperatura (14) y una sonda de presión (15).

En un segundo aspecto, la invención comprende un método para el tratamiento de materia orgánica (16), que se pone en práctica mediante el sistema descrito.

El tratamiento comienza con el depósito (1) lleno de espuma de poliuretano fragmentada (2), material que se ha introducido a través de la boca del depósito (1).

En un modo de realización preferente, la materia orgánica (16) consiste en purines de porcino o de bovino. Una primera etapa del método tiene por objetivo separar su fracción líquida (17). Para ello, primeramente, como se representa en la Fig. 2, mediante una manga (18) que se introduce en la boca del depósito (1), que en este momento tiene la tapa (5) levantada, se vierten purines (16), preferentemente con un flujo lento y constante, que aproximadamente puede ser de 3 m3 por hora.

Al caer los purines (16) en el interior del depósito (1), la espuma de poliuretano (2) actuará como un primer filtro. No obstante, debido a la cantidad que se va vertiendo, los purines (16) alcanzarán el fondo del depósito (1), donde están situados el microfiltro de poliuretano compactado (3) y el de arena (4). La fracción líquida (17) traspasará los filtros (3, 4) y se irá evacuando constantemente por el grifo (11), el cual debe estar abierto durante esta etapa del método. No obstante esta continua evacuación del líquido filtrado (17) a través del grifo (11), el depósito (1) acabará llenándose de purines (16).

De este modo, cuando se haya alcanzado aproximadamente el 90% de la capacidad del depósito (1), se parará el vertido de purines (16) y, retirando la manga (18), se accionará el mecanismo hidráulico (6) de la tapa (5), la cual al descender irá sometiendo al contenido del depósito (1) a una presión paulatina, según se representa en la Fig. 3. Esta presión provocará una salida de aire por los tubos de evacuación laterales (9), lo que posteriormente favorecerá la fermentación; así como dará lugar a un mayor flujo de salida del elemento líquido (17) del purín (16) por el grifo inferior (11). Conforme aumente la presión y transcurra el tiempo, aumentará la evacuación de líquido (17). Cuando la presión en el interior del depósito medida por la sonda (15) alcance aproximadamente 1,5 atmósferas, debe detenerse el descenso de la tapa (5) y cerrarse el grifo (11). En caso de que la presión aumente por encima de dos atmósferas, se subirá la tapa (5) hasta recuperar la presión deseada de 1,5 atmósferas.

Cabe estimar que en el momento en que se detenga el avance de la tapa (5) y se cierre el grifo (11), se habrán evacuado unos 10,5 m3 de elemento líquido (17) de los purines (16), lo que equivale aproximadamente al 65% del volumen de purines (16) inicialmente cargados en el depósito (1).

Con esto acaba la fase de separación de las fracciones líquida (17) y sólida de los purines (16), en el sentido antes referido de que el líquido (17), en su mayor parte, ha sido evacuado y de que, por consiguiente, la parte restante, aun conteniendo elemento líquido (17), abunda en materia sólida.

En el modo de realización que se está describiendo, en el que la materia orgánica (16) consiste en purines, el método ha permitido que su fracción líquida (17), que es la más nociva por su capacidad de infiltración en el terreno, quede fácilmente separada de la fracción sólida.

Da comienzo la segunda fase, o de fermentación, según la Fig. 4, durante la cual se producirá una fermentación termófila de la fracción sólida, por efecto de la actuación de las bacterias naturalmente presentes en esta materia orgánica. La fermentación tendrá lugar a partir del momento en que, por su cierre hermético y la presión ejercida por la tapa (5) sobre su contenido, se alcance en el interior del depósito (1) una temperatura entre 65° y 70°.

Una vez alcanzada dicha temperatura, la fermentación de la fracción sólida se mantendrá durante aproximadamente una hora. Durante el proceso se generarán gases, que se evacuarán por los tubos de evacuación laterales (9). En caso de que la concentración de gases no sea evacuada correctamente por dichas salidas (9), entrará en funcionamiento la válvula de seguridad (10).

Durante este proceso, debe controlarse que la temperatura no sobrepase los 70°, para lo que se empleará la sonda de temperatura (14). En caso de aumento de la temperatura por encima de 70°, se incorporará, a elección, aire a presión por el tubo (7) o agua a presión por el tubo (8) a la vez que se levanta la tapa (5).

Realizada la fermentación termófila, la fracción sólida de la materia orgánica (16) que se vertió en el depósito (1) habrá quedado pasteurizada, con lo que se habrán destruido la mayor parte de los microorganismos nocivos que naturalmente contenía y será apta para su uso como abono agrícola, como alimento en granjas de lombrices u otros usos conocidos. Este resultado, conseguido en un proceso que se desarrolla en cuestión de horas, contrasta con los meses que se necesitan para el tratamiento de los purines mediante compostaje por métodos tradicionales, esto es, al aire libre y mezclándolos con otras materias, como paja de cereal.

Finalmente, conforme se representa en la Fig. 5, se procede a la evacuación de la materia pasteurizada (19) mediante el lavado del interior del depósito (1). A tal fin, se levanta la tapa (5). Mediante el tubo (8) se introduce agua limpia a presión hasta alcanzar aproximadamente la mitad de la capacidad del depósito (1). A continuación, por el conducto (7) se introduce aire a presión, removiéndose así el contenido del depósito (1). Posteriormente, se abre el grifo (12) de evacuación de la materia pasteurizada (19), que saldrá en forma líquida, mezclada con el agua. Se cierra el grifo (12) y se repite la operación, quedando limpia la espuma de poliuretano (2, 3).

A fin de dejar el sistema listo para realizar de nuevo el método, hay que comprimir la espuma de poliuretano fragmentada (2), presionándola con la tapa (5) para evacuar por los grifos (11, 12) el agua de que ha quedado impregnada.

En otro modo de realización, la materia orgánica sometida a tratamiento consiste sustancialmente en alperujo. El método se implementa de la misma manera que la descrita para los purines (16), con las siguientes peculiaridades: tras cargar el alperujo en el depósito (1), se añadirá agua limpia, en cantidad aproximada de % partes del volumen de alperujo. La adicción de agua facilitará que la fracción grasa de la materia orgánica (16) se acumule, por su densidad, en la parte superior del depósito (1). Cuando comienza a prensarse el contenido del depósito (1) (Fig. 3), la fracción grasa se evacuará por las válvulas (13) de la tapa (5). El tiempo estimado de fermentación, una vez alcanzada la temperatura de entre 65° y 70°, es de aproximadamente ocho horas.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Sistema para el tratamiento de materia orgánica (16) compuesta de una fracción líquida (17) y una fracción sólida caracterizado porque comprende medios de separación de las dos fracciones, comprendiendo dichos medios un contenedor (1) y espuma de poliuretano (2, 3) dispuesta en el interior del contenedor (1).

2. Sistema para el tratamiento de materia orgánica (16) según la reivindicación 1, caracterizado porque la espuma de poliuretano (2) se presenta fragmentada.

3. Sistema para el tratamiento de materia orgánica (16) según la reivindicación 1, caracterizado porque la espuma de poliuretano se presenta aglomerada en forma de filtro (3).

4. Sistema para el tratamiento de materia orgánica (16) según la reivindicación 1, caracterizado porque el contenedor (1) está configurado para que la fracción sólida de la materia orgánica (16) fermente en su interior, utilizándose la espuma de poliuretano (2, 3) como soporte de dicha fracción sólida durante la fermentación.

5. Sistema para el tratamiento de materia orgánica (16) según la reivindicación 1, caracterizado porque el contenedor (1) comprende medios de cierre y presión (5, 6).

6. Sistema para el tratamiento de materia orgánica (16) según la reivindicación 5, caracterizado porque los medios de cierre y presión (5, 6) comprenden una tapa (5) solidaria de un mecanismo de presión (6).

7. Sistema para el tratamiento de materia orgánica (16) según la reivindicación 1, caracterizado porque el contenedor (1) comprende medios (11, 12) separados para la salida de las fracciones líquida (17) y sólida de la materia orgánica (16).

8. Método de tratamiento de materia orgánica (16) compuesta de una fracción líquida (17) y una fracción sólida caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

a) En un contenedor (1) que contiene espuma de poliuretano (2, 3) y en el que se ha vertido materia orgánica (16), separar mediante filtrado la parte líquida (17), evacuándola al exterior del contenedor (1).

b) Someter a un proceso de fermentación a la fracción sólida de la materia orgánica (16).

9. Método de tratamiento de materia orgánica (16) según la reivindicación 8, caracterizado porque en la etapa a) la espuma de poliuretano (2, 3) realiza la función de filtrado de la materia orgánica (16) y porque en la etapa b) la espuma de poliuretano (2, 3) sirve de material de soporte de la fermentación.

10. Método de tratamiento de materia orgánica (16) según la reivindicación 8, caracterizado porque la etapa a) comprende las subetapas de:

- Verter materia orgánica (16) en el contenedor (1) mientras un grifo (11) de salida de la fracción líquida (17) de la materia orgánica (16) permanece abierto.

- Presionar el contenido del depósito (1) mediante unos medios de cierre y presión (5, 6), manteniendo en un primer momento abierto el grifo (11) y cerrándolo posteriormente.

11. Método de tratamiento de materia orgánica (16) según la reivindicación 8, caracterizado porque la etapa b) comprende las subetapas de:

- Introducir aire o agua a presión en el contenedor (1) si la temperatura en su interior supera los 70°.

- Evacuar la materia orgánica fermentada (19) mediante la aportación de agua al interior del depósito (1) y la apertura de un grifo (12).

12. Método de tratamiento de materia orgánica (16) según la reivindicación 10, caracterizado porque la materia orgánica (16) que se vierte en el depósito (1) contiene una fracción grasa; y porque al presionar el contenido del depósito se extrae la fracción grasa.