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