Date post: | 11-Apr-2015 |
Category: |
Documents |
Upload: | ramona-cabezas |
View: | 111 times |
Download: | 3 times |
MANUAL TÈCNIC COMPARATIU DELS
SISTEMES DE TRACTAMENT DE PURINS
amb la col·laboració de
01/març/2006
Descripció de les tecnologies i
bases per al càlcul de rendiments i costos
01/març/2006
I. INTRODUCCIÓ
1. ANTECEDENTS
2. OBJECTIUS MARC DE LA FUNDACIÓ
3. OBJECTIUS DE LA GUIA
01/març/2006
1. ANTECEDENTS
• Consideracions medi ambientals
• Contaminació aigües Nitrats, fòsfor i metalls pesats
• Situació insostenible Aplicacions agronòmiques
• Consideracions socioeconòmiques
• Sector porcí Sector agroalimentari
• Equilibri territorial despoblació, abandonament del camp, etc.
2. OBJECTIUS MARC DE LA FUNDACIÓ
• Elaboració de treballs i estudis
• Especial interès pels recursos hídrics i hidràulics, i el sector porcí
• Difusió:
• “Balanç hidràulic i hídric de Catalunya” Daniel Pagès i Raventós (1996)
• Articles al diari AVUI
• Aigua
• Sector porcí equilibri territorial, medi ambient, economia
01/març/2006
3. OBJECTIUS DE LA GUIA
• Explicar els fonaments dels sistemes de tractament Diferències amb els sistemes de tractament d’aigües residuals
• Descriure les tecnologies actuals emergents i molt noves
• Avaluar els avantatges i els punts forts de cada tecnologia
• Introducció al càlcul dels rendiments Presa de mostres, anàlisi química.
• Introducció al càlcul de costos
Aportar possibles solucions
Instrument per a la tria del sistema més apropiat
Agricultors, associacions, estudiants d’escoles agràries i carreres tècniques, professionals, etc.
01/març/2006
II. GUIA TÈCNICA DELS SISTEMES DE TRACTAMENT DE PURINS
1. CONCEPTES
2. PROBLEMÀTICA
3. ELECCIÓ DEL TRACTAMENT
4. FRACCIONS DEL PURÍ: USOS
5. TIPOLOGIA DE TRACTAMENTS
01/març/2006
1. CONCEPTES
• Els purins són el resultat de:
1. Excreció del bestiar líquida i sòlida
2. Aigües residuals (procedents de neteja)
3. Restes del jaç i d’aliments
• Característiques composició química
(valors mitjans sobre matèria fresca)
1. Elevat contingut d’aigua = 85%
2. Elements fertilitzants com:
• Nitrogen amoniacal = 4,54 g/Kg 75% NTK
• Fòsfor = 1,38 g/Kg
• Potassi = 4,83 g/Kg
• Coure = 40 mg/Kg
• Zenc = 66 mg/kg
Variació acusada de la composició química
01/març/2006
2. PROBLEMÀTICA
• Càrrega contaminant nitrogenada OMS, límit màx. 50 mg/l
• Elevada quantitat de matèries en suspensió probl. maneig
• Composició de la fracció líquida
• Males olors salubritat, benestar animal i pels treballadors
• Eutrofització de les aigües creixement massiu d’algues
01/març/2006
3. ELECCIÓ DEL TRACTAMENT
Cal conèixer:
• Volum anual d’entrada
• Composició química i microbiològica
• Destinació del producte resultant Objectius de la depuració (☼)
Possibilitats:
• Plantes centralitzades (economia d’escala) Cost transport
• Contractar un gestor
• Gestió pròpia
Avantatges
• No dependència de tercers
• Eliminació del cost de transport
• Reducció risc sanitari trànsit camions
• Possibilitat d’ingrés fertirrigació, compostatge
01/març/2006
4. FRACCIONS DEL PURÍ: USOS
1. IMPORTÀNCIA DE TRACTAR EL PURÍ FRESC
• Control de les males olors major salubritat
• Major facilitat de tractament C en formes degradables
• Homogeneïtat evita sediments, crostes, etc.
Possibilitats
• Emmagatzematge amb homogeneïtzació (agitació)
• Tractament en continu
2. FRACCIÓ LÍQUIDA
• Fertirrigació
• Aigua per a neteja ozonització prèvia
• Abocament Legislació
01/març/2006
3. FRACCIÓ SÒLIDA
• Assecatge
• Mecànic • Centrífuga + polielectròlit
• Tèrmic • Convecció tambor rotatiu
• Bescanviador de calor
• Compostatge Procés microbiològic
Avantatges
• Aplicat com a esmena al sòl
• Comercialització Obtenció ingrés addicional
• Facilita el transport reducció 40% massa
• No produeix olors desagradables
• Stripping Eliminació de l’amoníac i/o el sulfur d’hidrogen
Alt cost energètic
Cost energètic
• Addició MO
• Millora la seva estructura
• Reducció risc potencial d’erosió
• Reducció ús fertilitzants
01/març/2006
5. TIPOLOGIA DELS TRACTAMENTS
Separadors mecànics
Físics Decantació natural
Assecatge
Tipus Fisicoquímics Filtració
Mixtes
Digestió anaeròbia
Biològics Biomassa adherida
NDN Continu
Biomassa no adherida
SBR
01/març/2006
6. PRETRACTAMENTS: COADJUVANTS
Objectius
• Millorar condicions higièniques i sanitàries
• Millorar eficàcia nutricional reducció excreció nitrogen
• Millorar característiques físiques del purí disminució insectes per la no formació de crosta.
Formes d’aplicació
• Via alimentària
• Fossa (eslat)
01/març/2006
7. TRACTAMENTS FÍSICS
Objectius
• Separació de fases sòlids grossos (ø > 1 mm )
• Separació 20-30% N amoniacal (f. sòlida)
• Reducció del volum 15-20%
• Facilita el tractament posterior
Sistemes
• Centrífugues
• Tamís vibratori
• Tamís lliscant
• Tamís estàtic
• Tambors de rotació
• Filtres
01/març/2006
8. TRACTAMENTS FISICOQUÍMICS
• Aplicació d’additius
Objectius
• Separar els sòlids dissolts de la fracció líquida
• Afina i millora la separació S/L mecànica
Desavantatges
• Elevat cost
• Maneig complex
• Funcionament irregular
• Solucions adaptades dels processos de tractaments d’AR
Aplicació
• Decantador
• Dipòsits amb agitació
Tipus
1. FISICOQUÍMICS MIXTES separació mecànic S/L + additius
2. FISICOQUÍMICS additius
FANGS
Coagulació + Floculació
01/març/2006
9. TRACTAMENTS BIOLÒGICS
Objectius
• Reducció de la càrrega contaminant orgànica dissolta microbiològicament
Tipus
1. NDN (Nitrificació – Desnitrificació)
2. SBR (Sequential Batch Reactor)
3. Digestió Anaeròbia
4. Llacunatge
Sistema per lots seqüencials discontinu
Sistema continu de 2 reactors (aerobi/anaerobi)
Biogàs
Sistema extensiu (Fitodepuració)
01/març/2006
1.1. NDNNDN
Homogeneïtzació
• Evitar variacions de cabal
• Evitar la sedimentació
Nitrificació
• Reactor biològic de fangs actius
• Producció de nitrats per acció dels bacteris nitrificants (NO3-)
• Formació de flòculs bacterians i matèria Decantació
Desnitrificació
• Reducció bioquímica del nitrat
• Ús de Carboni
• Producció progressiva de N2 per acció dels microorganismes Gas inert
Etapa aeròbia de predesnitrificació
Etapa d’intensa aeració i agitació
Control
Etapa Anaeròbia
01/març/2006
Decantador
• Extracció dels fangs Tractament
• Efluent Bassa d’acumulació
Sistema de recirculació i purgues
• Producció de molta biomassa (desequilibri) Extreure’n la sobrant
• Mantenir constant la població microbiana
• Extracció de biomassa (subproducte) Tract. de digestió o reoxidació
• Purgues Permet el control de:
1. Edat dels fangs
2. Temps de retenció hidràulica i cel·lular dels reactors
Línia de Fangs
• Extracció en el decantador Recirculació cap a l’homogeneïtzador
• Purga
1. Espessiment amb polielectròlit
2. Deshidratació (sistema físic/ tèrmic)
01/març/2006
2.2. SBRSBR ( (Sequential Batch ReactorSequential Batch Reactor))
• Reactor seqüencial de flux discontinu per lots
• Constituït per un sol reactor
• Mateix principi NDN
• Capacitat d’eliminar eficaçment N o P. Si es vol eliminar N i P alhora, el
rendiment baixa
• Etapes:
1. Càrrega 50% / 50%
2. Reacció etapes aeròbies i anaeròbies, depèn de què es vulgui depurar
3. Sedimentació per gravetat
4. Descàrrega extracció de l’efluent i romanalla dels fangs
5. Parada trànsit entre la 1a i la darrera etapa
• Possibilitats per a l’eliminació de fòsfor i nitrogen
1. Cicles Simples
2. Cicles Complexes
01/març/2006
3.3. Digestió Anaeròbica (Biogàs)Digestió Anaeròbica (Biogàs)
• Procés metabòlic de degradació de la MO en la que s’obté biogàs
i fangs estabilitzats lliures de patògens (higienització)
• Biogàs combustible (metà 55 – 70%)
• Procés menys eficient en eliminació de contaminants que
els processos aerobis
Plantes de Biogàs
• Configuració habitual: homogeneïtzador + 2 digestors
• Alta tecnificació
• Cost d’implantació alt economia d’escala Cost de transport
• Alts costos de manteniment
• Mecanismes de seguretat
• Procés complex per sobrecàrregues de MO
• Existència de tòxics i inhibidors del procés
• Metà: gas difícilment liquable difícil de transportar
Control
01/març/2006
4.4. Llacunatge (fitodepuració)Llacunatge (fitodepuració)
• Procés de depuració microbiològica natural de la fracció líquida
en basses artificials a l’aire lliure
• Baix cost d’instal·lació i manteniment
• Disminució de microorganismes patògens apte per a reg
• Alta disponibilitat de superfície 20 / 30 dies
• Processos aerobis i anaerobis segons la profunditat
01/març/2006
10.COGENERACIÓ
Objectiu
• Produir i aprofitar simultàniament energia elèctrica i
energia tèrmica útil a partir d’una font d’energia primària
disponible per a l’usuari final (habitualment gas natural)
• Assecatge de purins disminució de Pes i Volum Transport
• Sistema de cogeneració:
• Generador energia elèctrica
• Bescanviadors de calor Recuperar calor
• Sistemes de distribució d’energia
Avantatges
• Permet aprofitar energia tèrmica que es produeix en la generació d’electricitat
Augment del rendiment global del sistema
• Millora l’eficiència energètica ja que usa gas natural
Baix índex d’emissió GEH (Protocol de Kyoto)
01/març/2006
Aire
Combustible
Fluxe Tèrmic Producció d’energia mecànica
Producció d’energia tèrmica
Producció d’energia elèctrica
FUMS
ENERGIA RESIDUAL (PÈRDUA)
ENERGIA TÈRMICA RESIDUAL
Energia tèrmica aprofitada
ENERGIA TÈRMICA ÚTIL
COMBUSTIÓCONVERTIDOR
TERMOMECÀNICALTERNADOR
ENERGIA ELÈCTRICA
ENERGIA DE COMBUSTIÓ
Esquema de distribucions i transformacions energètiques que es donen en el procés de cogeneració.
01/març/2006
11.REQUERIMENTS I ENGINYERIA DE LES PLANTES
• Instruments necessaris per al control del procés
1. Cabalímetre Entrada, recirculació i sortida
2. Bomba dosificadora polielectròlit (Tract. FQ)
3. Nivell dels dipòsits ultrasons
4. Potencial REDOX
5. Oxímetre
• Material de les instal·lacions plàstic i acer inoxidable
01/març/2006
12.ESQUEMES D’ALTERNATIVES DE TRACTAMENT
• El manual conté els diagrames de flux més representatius (pg. 50)
1. Tractament preventiu
2. Pretractament
3. Tractament primari
4. Tractament secundari
5. Tractament terciari
01/març/2006
13.BENEFICIS I PROBLEMÀTICA ASSOCIADA ALS TRACTAMENTS
• Risc sanitari ambiental factors que afecten persones i animals
• Eficàcia ambiental en rendiment i econòmica
Biològics Nitrificació-Desnitrificació
Criteri sanitari Criteri d’eficàcia
Criteri econòmic
Altres Criteris
Punts forts -Tenen eficàcia ambiental
Punts dèbils -Contaminació per algues en el decantador-Producció d’escumes que donen lloc a problemes de seguretat, males olors i efluents de mala qualitat
- En els climes freds, on les condicions de temperatura són baixes, produeixen immobilització dels microorganismes responsables de les reaccions
-Escalfament del reactor
01/març/2006
Separació Sòlid – Líquid
Criteri sanitari Criteri d’eficàcia
Criteri econòmic Altres Criteris
Punts forts -Centrifugació: bona separació i reducció de la matèria orgànica-Filtre premsa: tenen nivells elevats d’eficiència en el tractament i permeten l’obtenció d’una fracció més valoritzable
Punts dèbils - La reducció sobre el risc sanitari ambiental és mínim
- Es un sistema que requereix una elevada inversió-Tamís vibratori: requereix una elevada inversió i cal un manteniment constant de neteja.
01/març/2006
Biològic Desnitrificació
Criteri sanitari Criteri d’eficàcia
Criteri econòmic
Altres Criteris
Punts forts -Es valoritza ja que es depura el Nitrogen total.
Punts dèbils - Mala separació de fangs de l’efluent degut a una mala estructura del flòcul. L’efluent presenta un aspecte tèrbol i amb molts sòlids en suspensió
01/març/2006
Fisicoquímics Criteri sanitari Criteri d’eficàcia
Criteri econòmic
Altres Criteris
Punts forts - S’obté un residu sòlid amb elevades concentracions de nitrogen i de fòsfor *** - Elimina amb eficàcia el risc sanitari ambiental
- Es valoritza el residu líquid
Punts dèbils - Despreniment de gasos
- Problemàtica de filaments i crostes
01/març/2006
Digestió anaeròbia
Criteri sanitari Criteri d’eficàcia Criteri econòmic
Altres Criteris
Punts forts - Produeixen menys fangs que ens els tractaments aerobis- No produeixen tantes olors com en els tractaments aerobis- Residus sòlids molt consistents***
- Obtenció de biogàs
- La digestió permet mesclar residus- Gestió important dels fangs
Punts dèbils - Sistema que no redueix els nitrats i per tant gens útil per aplicar en zones vulnerables- No produeix una estabilització total de la fracció sòlida- Degut a la baixa velocitat de creixement dels microorganismes la seva posada en marxa és mes lenta que en anaerobis
- Inversió elevada
- Tractament previ de separació S/L***
- Requereixen temperatures > 3ºC
01/març/2006
Cogeneració Criteri sanitari Criteri d’eficàcia
Criteri econòmic
Altres Criteris
Punts forts - Es valoritza el residu
Punts dèbils - Entrada de biogàs però consum d’un altre combustible fòssil
- Elevada inversió econòmica. Costos que no pot assumir un sol ramader.
SBR Criteri sanitari Criteri d’eficàcia
Criteri econòmic
Altres Criteris
Punts forts - Apropiat per sistemes de cabal variable i sistemes petits
Punts dèbils - Es un tractament discontinu
- Cal controlar el volum del dipòsit
01/març/2006
Compostatge Criteri sanitari Criteri d’eficàcia
Criteri econòmic
Altres Criteris
Punts forts - Estabilitza la càrrega orgànica
-Valorització la dona el compost
Punts dèbils - Pot emetre gasos i males olors
- Consum important d’ energia
*** Pot ser un punt fort o feble, segons el criteri
01/març/2006
14.BASES PER AL CÀLCUL DE COSTOS• Determinació subjectiva costos indirectes
• Cost = conjunt despeses incorporades al tractament
Objectius:
• Calcular import i marges
• Proporcionar informació planificació i control
• Històric i avaluació
• Modificar o millorar el procés productiu
Tipus:
• Fixes constants
• Variables proporcionals al volum tractat
Tipus:
• Degressius
• Proporcionals
• Progressius
01/març/2006
Definició dels tipus de cost:
• Amortització comptabilització de la depreciació de l’immobilitzat degut al pas del temps, extraient el valor residual
• Mà d’obra
• Directa
• Indirecta
• Elèctric
• Global tota planta de tractament
• Operacions unitàries
• Reactius tract. fisicoquímics
• Manteniment revisions, substitució peces desgastades (☼)
• Control determinar rendiment personal, materials, reactius, etc.
01/març/2006
15. INDICADORS PER AL SEGUIMENT• Balanç de matèria
• Paràmetres fisicoquímics anàlisis químiques ràpides
• Funcionament general• Pla de mostreig
• Material
• Tècniques mostres significatives
Tipus de mostres:
• Mostra simple
• Mostra Composta suma d’alíquotes de diferents orígens
Objecte de la mostra:
• Mostra de Seguiment
• Mostra de Caracterització
Paràmetres a controlar:
• pH
• CE sals dissoltes
• Sòlids Totals (ST) residu sòlid quan s’evapora 103ºC
• Sòlids Volàtils (SV)
• Sòlids Fixes (SF) residu sòlid quan es calcina a 550ºC (minerals)
SF = ST - SV
01/març/2006
•Sòlids Suspesos Totals (SST) filtrats i residuals a 103ºC
•Sòlids Suspesos Volàtils (SSV)
•Sòlids Suspesos Fixes (SSF) filtrtats i residuals a 550ºC
•DQO Matèria Orgànica
•Nitrogen Kjeldahl Total NTK nitrogen total (N org + N amoniacal)
•Eh (Potencial d’oxidorreducció) det. condicions aeròbies o anaeròbies
01/març/2006
18.SEGUIMENT DE CADA TRACTAMENT
TRACT.PUNTS
D’ANÀLISI
Separador sòlid-líquid
Fisicoquímics mixtes
Digestió anaeròbia
Nitrificació -Desnitrificaci
ó
BiològicExtensiu
SBR
Purí afluent SST,SV, DQO, NKT, P
SST,SV, DQO, NKT, P
SST,SV, DQO, NKT, P
SST,SV, DQO, NKT, P
SST,SV, DQO, NKT, P
SST,SV, DQO, NKT, P
Líquid mescla reactor
SST en el líquid de mesclapH, CE, SST.
SST en la mesclapH, CE, SST.
Fracció líquida del procés de filtració-separació
SST,SV, DQO, NKT, P
SST,SV, DQO, NKT
Fracció sòlida del procés
H, NKT, P H, NKT, P H, NKT, P H, NKT, P H, NKT, P
Purga Volum i edat de la purga. pH, CE, SST, SSV.,P, NKT, N-NH4,.
Volum i edat de la purga. pH, CE, SST, SSV.,P, NKT, N-NH4,.
Efluent líquid final de planta
SST, SSV, DQO, DBO5,
NKT, N-NH4
Concentració AGV, Alcalinitat, pH, SST, SSV. Qualitat del metà.
SST, SSV, DQO, DBO5,
NKT, N-NH4
SST, SSV, DQO, DBO5,
NKT, N-NH4
Efluent líquid final de llacunatge
SST, SSV, DQO, DBO5,
NKT, N-NH4
01/març/2006
Periodicitat de realització de les analítiques
Seguiment setmanal NKT, SST, P, CE
Seguiment mensual SST, SSV, DQO, P, NKT, CE, N-NH4, nitrats.
Seguiment anual SST, SSV, DQO, P, NKT, CE, N-NH4, nitrats, coliformes
totals, coliformes fecals, Salmonella, potassi.
•Tests ràpids/ Kits Comercials:
•pH
•Amoníac
•Nitrats i nitrits
•Densímetres sòlids, nitrogen i fòsfor
•Eficiència reducció concentració paràmetres contaminants de cada punt de mostreig en relació al punt de mostreig anterior
•Rendiment càlcul amb cabals
100
E
SE
X
XXEficiència
100dimRe
EE
SSEE
WX
WXWXentn
01/març/2006
Conclusions
Tot i tractar-se d’un projecte descriptiu podem concloure
És determinant conèixer el grau de depuració
objectiu del tractament
Cada tecnologia té una finalitat i està adreçada a
un ús concret i particular
La posada en règim i el seguiment posterior
del proveïdor són clau
Cal fer un seguiment posterior dels rendiments
Cal conèixer el cost que representa la depuració per internalitzar-lo
01/març/2006
Autors
Jordi Baucells Colomer
Direcció
Eduard Maluquer i Nogués
Coordinació
Berta Vaqué Parés
Redacció
Patronat de Fundació Agrícola Catalana
Degans dels Col·legis Oficials de
• Enginyers Agrònoms de Catalunya
• Enginyers Tècnics Agrícoles de Catalunya
• Veterinaris de Barcelona