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Category : Agricultura y ganadería

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Tratamiento de purines

Los purines no son simple abono, son altamente contaminantes
Tratamiento de purines

Tratamiento de purines procedentes de la ganadería porcina

La industria porcina representa una importante actividad económica en España. De acuerdo con los datos del Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente, en 2013 había en España más de 25 millones de cabezas de porcino, el 51% de las cuales sólo entre las comunidades de Catalunya y Aragón. Esta cifra ha ido creciendo año tras año en las últimas décadas, proliferando la implantación de granjas de tipo industrial al margen de criterios de ordenación del territorio, que han contribuido al desequilibrio entre ganadería y agricultura. Este hecho ha conllevado a la aparición de numerosos problemas de contaminación ambiental.

La Administración, con la intención de atajar los problemas derivados de la sobredosificación de purines a modo de abono en los suelos, ha desarrollado un marco legislativo muy estricto que afecta a la explotación de las granjas. Así, sistemas que traten los efluentes de forma eficiente y que además sean viables económicamente son indispensables para la supervivencia de las explotaciones actuales así como para la promoción de nuevas.

Hasta la fecha, la mayoría de plantas de tratamiento de purines han consistido en plantas de cogeneración, donde se quema gas natural para secar térmicamente los purines y, con el calor residual de combustión, se genera energía eléctrica que se vende e inyecta a la red. No obstante, la nueva reforma del sector eléctrico, que ha reducido sustancialmente el precio del kWh cogenerado, así como el aumento de precio del gas natural, han hecho que este mecanismo técnico-financiero no se sostenga económicamente.

En este contexto, los futuros sistemas de tratamiento de purines deberán ser, además de eficientes y respetuosos con el medio ambiente, también sostenibles económicamente sin la ayuda de bonificaciones artificiales susceptibles de ser retiradas vía un cambio legislativo.

Estos sistemas de tratamiento deberán ser diseñados con arreglo al funcionamiento de las granjas intensivas, las cuales emplean como sistema de limpieza el agua a presión para arrastrar las deyecciones. Esta técnica, que facilita la limpieza e incrementa las condiciones sanitarias de la granja, en contrapartida conlleva un elevado consumo de agua y genera un elevado caudal de purines, que no son más que una mezcla líquido-pastosa de defecaciones, aguas de lavado y restos de pienso.

La concentración de contaminantes de los purines depende del tamaño de la granja, puesto que las explotaciones más grandes hacen un uso más intensivo del agua. En general, la carga contaminante presenta una elevada variabilidad, ya que depende del proceso productivo (maternidad, destete, lechones, engorde, etc.), de la alimentación, de la edad de los animales, etc. Estos factores hacen que sea imprescindible una correcta caracterización de los efluentes.

Existen diferentes alternativas de gestión de los purines, desde lo más sencillo (y a menudo inviable) hasta lo más eficiente y competitivo:

Aplicación agrícola directa

Esta solución sólo es viable cuando el balance entre agricultura y ganadería es equilibrado. Cuando la explotación ganadera es industrial, la generación de residuos es muy elevada en proporción a la extensión de suelo disponible, ya que la normativa fija la cantidad máxima de purines que se pueden dosificar al suelo, por unidad de superficie y año.

Secado térmico directo

Aunque es una opción técnicamente eficaz, conlleva elevados costes de operación. Hasta la actualidad era la opción habitual en España, puesto que las bonificaciones a la cogeneración hacían viable económicamente quemar gas natural para secar los residuos y producir energía eléctrica. Con la reforma del sector eléctrico no es viable económicamente quemar gas natural para secar residuos.

Compostaje

La fracción sólida de los purines, mezclada con fibra de coco y turba, puede ser compostada. El compost obtenido puede ser utilizado en la restauración ecológica y paisajística de suelos degradados por el pastoreo, la agricultura, la recolección de leña, etc. en los que se ha reducido considerablemente el contenido en materia orgánica y, por tanto, su fertilidad. No obstante, sólo es una salida a la fracción sólida y, aunque la calidad del compost es buena, el sobrecoste que tiene esta alternativa en relación a otras sólo es justificable desde el punto de vista de los beneficios ambientales.

Tratamiento biológico aerobio + tratamiento fisicoquímico

Los purines tienen una relación DBO5/DQO entre 0,2 y 0,4 y un elevado contenido de nitrógeno en relación al carbono. Estos dos factores hacen que, aunque puedan ser tratados mediante un proceso biológico aerobio con eliminación de nutrientes, los resultados mejoran drásticamente si se combina el proceso aerobio con un sistema fisicoquímico. A pesar de que esta opción es eficaz técnicamente, no es la más competitiva económicamente ni la más sencilla en cuanto a explotación se refiere.

Biometanización y evaporación del digestato

Esta alternativa es la más interesante en cuanto a sostenibilidad tanto económica como ambiental. El contenido de materia orgánica de los purines no es muy elevado, pero si se mezclan con residuos orgánicos de origen vegetal o cualquier otro residuo que contenga materia carbonosa, se pueden someter a un proceso de digestión anaerobia o biometanización. Como resultado se obtiene:

  • Una fracción sólida (fango digerido), estabilizado e higienizado, el cual puede ser utilizado directamente como abono en agricultura.
  • Una fracción líquida, el digestato, que mediante un proceso de evaporación al vacío puede ser concentrado, obteniendo por un lado agua, y por el otro lado, un residuo concentrado que puede ser valorizado como fertilizante.
  • Una fracción gaseosa, biogás, que puede ser utilizado como combustible en un proceso de cogeneración, en el cual se transforma en energía térmica y en energía eléctrica. La energía térmica se puede aprovechar tanto para mantener el digestor anaerobio operando a la temperatura óptima (36-38 ºC), como para satisfacer los requerimientos de calor del evaporador al vacío que trata el digestato. La energía eléctrica puede ser autoconsumida tanto en la explotación ganadera como en la planta de tratamiento de purines, reduciendo los costes de explotación de la actividad.

Así pues, las granjas industriales dedicadas al ganado porcino tienen un problema de desequilibrio entre el volumen de purines generado y la extensión de suelo disponible para asimilarlo. La exigente normativa obliga a que los purines generados sean gestionados respetuosamente con el medio ambiente y para el equilibrio financiero de la actividad, el sistema de tratamiento debe ser competitivo económicamente. De las diferentes alternativas de gestión existentes, la más competitiva económicamente así como respetuosa con el medio ambiente es el tratamiento de los purines mediante un proceso de biometanización. Como resultados finales se obtiene un sólido utilizable como abono para agricultura, un residuo líquido que puede ser revalorizado como fertilizante, agua y energía que se utiliza en reducir los costes de explotación de la actividad en su globalidad.

Tratamiento del alperujo

Tratamiento del alperujo - Aguas residuales del aceite de oliva

Tratamiento del alperujo – Aguas residuales del aceite de oliva

España es el principal productor y exportador mundial de aceite de oliva, con una superficie dedicada a la oliva de 2,5 millones de hectáreas aproximadamente. Lo que representa más de la mitad de la producción de la UE y el 40% de la mundial. Por lo que el sector oleícola confiere un enorme patrimonio económico, cultural y ambiental al país. Por consiguiente, mejorar el tratamiento de los residuos obtenidos tras la producción del aceite de oliva y tratar de valorizarlos es crucial para mejorar la competitividad y rentabilidad del sector. Es de gran importancia llevar a cabo una correcta depuración una vez obtenido el aceite de oliva, ya que en España se generan más de un millón de metros cúbicos de aguas residuales procedentes de almazaras cada año.

El proceso de producción acostumbra a seguir la siguiente secuencia:

  1. Molienda
  2. Batido
  3. Centrifugación horizontal
  4. Centrifugación vertical
  5. Almacenamiento y envasado

Una vez el fruto ha sido recolectado y transportado, comienza el proceso productivo en las almazaras. Actualmente, existen dos sistemas de producción: el sistema tradicional, o de tres fases, que produce tres tipos de producto además del aceite: alpechín, orujo y agua residual. Y el sistema de dos fases, que aparte del aceite genera agua residual y alperujo (mezcla de orujo y alpechín). Este nuevo sistema de dos fases es más eficiente, genera menos residuos y consume menos agua, por lo que genera menos cantidad de aguas residuales.

El sistema de dos fases genera dos tipos de residuos: aguas residuales y alperujo. Las aguas residuales de los procesos de lavado y centrifuga vertical, de la limpieza de los tanques, tolvas y otros elementos. Este residuo no cumple la normativa para ser vertido a cauce público, ni se puede utilizar para riego por su alta carga contaminante. Tradicionalmente este residuo se ha ido almacenado en balsas sin ser tratado, lo que genera graves problemas para el sector, ya que es necesario ir aumentando la superficie ocupada, genera malos olores, desbordamientos, sanciones, paralización de la actividad, plagas de insectos, etc.

El agua residual generada por la actividad de las almazaras, comúnmente conocida como alpechín, contiene una gran variedad de residuos como: polvo, tierra, aceites y grasas, azúcares, sustancias nitrogenadas, ácidos orgánicos, polialcoholes, polifenoles, etc. Los polifenoles representan un gran problema debido a que inhiben la actividad bacteriana en el suelo. Por esta razón, esta agua tiene que ser tratada para poder ser reutilizada para riego. El tratamiento para eliminar este contaminante consta de una depuración físico-química debido al poder inhibidor que poseen sobre los procesos microbiológicos.

Estas aguas residuales, o alpechín, antes de ser tratadas, se caracterizan por su color oscuro y su fuerte olor. Poseen un grado elevado de contaminación orgánica con una relación de DQO/DBO5 entre 2,5 y 5, un alto contenido en polifenoles y materia solida. El pH es ligeramente ácido, de fácil fermentación, alta conductividad eléctrica y contienen grasas emulsionantes. Existen varias técnicas para tratar las aguas residuales procedentes de las almazaras con el fin de que esta cumpla los estándares legales: métodos físico-químicos (coagulación-floculación, oxidación y procesos electroquímicos), tratamientos biológicos (fangos activados, tratamientos anaerobios, procesos basados en reactores biológicos de membranas). Cada método tiene sus ventajas e inconvenientes en cuanto a costes y efectividad, por lo que lo habitual es la combinación de varias soluciones tecnológicas.

Como hemos comentado anteriormente, una vez estas aguas residuales ya han sido tratadas pueden ser reutilizadas para riego u otros usos como la refrigeración de calderas y la recarga de acuíferos. De hecho esta es una práctica recomendada por las administraciones públicas y organismos internacionales. Sin embargo, estas aguas tratadas deben someterse a unos controles de uso y calidad con tal de ser usados como un recurso hídrico seguro para la salud y el medioambiente.

El tratamiento del alperujo también es de extrema importancia, ya que su vertido incontrolado provoca problemas de coloración de las aguas, supone una amenaza para la biodiversidad acuática, deterioro del suelo, fitotoxicidad y olores. Por otro lado las orujeras se han adaptado a la recepción de este producto del cual pueden extraer aceite de orujo de oliva a partir de un proceso físico o químico. Después de la obtención del orujo, se pueden obtener subproductos derivados del alperujo. Tras un proceso de cogeneración energética o compostaje, para la producción de biomasa, para la producción de PHB para la fabricación de bioplásticos, producción de encimas y pectinas, producción de colorantes y antioxidantes, para la producción de expolisacáridos de interés comercial para la industria alimentaria y cosmética y, también, como fertilizante agrícola.

Por lo tanto, el alperujo es un producto altamente contaminante, pero que puede ser aprovechado como combustible por un lado (una vez extraído el aceite residual) y puede utilizarse para fabricar compost por el otro. Esta última opción es ideal para las almazaras que están alejadas de las plantas de tratamiento de orujo. De esta forma se usa como recurso lo que en principio era un residuo. Al mezclar el alperujo con hojas de aceituna y estiércol se obtiene un compost de excelente calidad.

Para que la materia orgánica se convierta en compost tiene que producirse una fermentación aerobia. La calidad del producto dependerá de los siguientes parámetros: relación entre carbono y nitrógeno (de 25/1 a 45/1), la humedad de la materia inicial (de un 30% a un 80%), el pH (no hay que preocuparse si la relación C/N es adecuada), la oxigenación y la temperatura.

…mejorar el tratamiento de los residuos obtenidos tras la producción del aceite de oliva y tratar de valorizarlos es crucial para mejorar la competitividad y rentabilidad del sector

Evaporación al vacío para el tratamiento del digestato de purines

El siguiente video muestra el proceso de valorización y tratamiento de purines procedentes de cerdo y vaca.

La primera parte nos muestra como el purín es mezclado con biomasa y transformado en biogás en un biodigestor. Posteriormente, este biogas es transformado en energía electrica en un combustor.

Tras este proceso de valorización se obtiene un efluente no vertible debido a su alta concentración de sales de amoniaco, conocido como digestato. Dicho digestato es tratado en un evaporador al vacío, que permite recuperar un 97% de agua limpia por una parte, y por otra un concentrado que puede ser convertido nuevamente en fertilizante estabilizado en un deposito de compostaje.

Tratamiento de aguas residuales en la industria agroalimentaria: producción de zumos

Oranges, Juice and Leafs

La producción de zumos conlleva la generación de aguas residuales, que pueden aparecer en diferentes momentos del proceso de producción. Principalmente se trata de los reboses de las maquinas de llenado, o de las aguas resultantes tras las distintas operaciones de lavado, tanto de la fruta como de la maquinaria utilizada.

Para el vertido de estas aguas residuales es necesario separar los contaminantes tóxicos de aquellas aguas no contaminadas, de forma que se obtenga una calidad final del agua apta para vertido a cauce público, que cumpla con los niveles de DQO exigidos por la legislación en la materia.

A continuación os detallamos la solución instalada para un fabricante de zumos (manzana, pera, nectarina y melocotón) que genera un caudal de aguas residuales de 50 m3/h. La producción en la fábrica no es constante ya que existen dos épocas de producción diferenciadas en la fábrica: de Junio a Octubre se trabaja durante 24 h/día de modo que el caudal de aguas a tratar es de 1200 m3/día, mientras que de Noviembre a Mayo se trabaja durante 8 h/día de modo que el caudal de aguas a tratar es de 400 m3/día

1. Etapa de pretratamiento. El primer paso consiste en eliminar los residuos sólidos y las partículas procedentes del lavado de la fruta. Tras ello, el efluente se bombea hasta un tanque de homogenización que servirá para almacenar y a la vez mezclar los efluentes procedentes del proceso de producción de los distintos zumos para obtener un único efluente que pueda ser enviado a la segunda etapa de depuración de aguas residuales. Las tecnologías utilizadas en esta primera etapa son:

  • Desbaste de finos (filtro rotativo) para la eliminación de los residuos sólidos y particulas.
  • Pozo de bombeo.
  • Tanque de homogenización del efluente.

2. Etapa de tratamiento mediante depuración anaerobia. Esta es la etapa principal y tiene como objetivo degradar la materia orgánica disuelta en el efluente homogeneizado. Es la etapa en la que vamos a eliminar la mayor parte de la carga contaminante del efluente y se realiza en ausencia de aire, con lo cual se obtiene como subproducto de la depuración biogás. Tras llevarla a cabo se habrá de comprobar si el efluente obtenido ya cumple con los límites de vertido, o si se ha de someter a una tercera fase de tratamiento. Esta etapa se compone de dos subetapas:

  • Tanque de neutralización: para el ajuste del pH del efluente y para la dosificación de producto floculante y antiespumante
  • Reactor ECSB (External Circulation Sludge Bed), para la degradación de la materia orgánica y obtención de biogás (combustible). Este proceso de tratamiento biológico, permite trabajar tanto en los meses de producción alta (24 h/día) como en los meses de producción baja (8 h/día)

3. Etapa de post-tratamiento biológico. Tras el proceso anterior no siempre se llega a los límites de vertido adecuados, por lo cual el efluente obtenido todavía ha de ser sometido a un último proceso de depuración biológica, que acabe de eliminar la materia orgánica, y a su posterior ajuste para poder ser vertido. Las tecnologías utilizadas en esta etapa son:

  • Reactor biológico aerobio MBBR (moving bed birreactor), para ajuste de los parámetros del efluente a límites de vertido.
  • Clarificación del efluente mediante sistema de floculación + clarificación por flotación tipo DAF con lamelas.
  • Tratamiento de la purga de lodos mediante decantador troncocónico y centrífuga.

Tras todo el proceso de tratamiento se obtiene un efluente final de calidad apta para vertido a cauce público y, como único residuo, un fango biológico que ha de ser enviado a un gestor de residuos. El biogás obtenido en el mismo proceso puede ser aprovechado como combustible.