1 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

2 01/març/2006 I. INTRODUCCIÓ 1.ANTECEDENTS 2.OBJECTIUS MARC DE LA FUNDACIÓ 3.OBJECTIUS DE LA GUIA

3 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

4 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.

5 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

6 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

7 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

8 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

9 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

10 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

11 01/març/2006 5.TIPOLOGIA DELS TRACTAMENTS Separadors mecànics FísicsDecantació natural Assecatge TipusFisicoquímics Filtració Mixtes Digestió anaeròbia BiològicsBiomassa adherida NDN Continu Biomassa no adherida SBR

12 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)

13 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

14 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

15 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)

16 01/març/2006 1.NDN Homogeneïtzació Evitar variacions de cabal Evitar la sedimentació Nitrificació Reactor biològic de fangs actius Producció de nitrats per acció dels bacteris nitrificants (NO 3 - ) Formació de flòculs bacterians i matèria  Decantació Desnitrificació Reducció bioquímica del nitrat Ús de Carboni Producció progressiva de N 2 per acció dels microorganismes  Gas inert  Etapa aeròbia de predesnitrificació  Etapa d’intensa aeració i agitació Control  Etapa Anaeròbia

17 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)

18 01/març/2006 2.SBR (Sequential 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

19 01/març/2006 3.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

20 01/març/2006 4.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

21 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)

22 01/març/2006 Esquema de distribucions i transformacions energètiques que es donen en el procés de cogeneració.

23 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

24 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

25 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 sanitariCriteri 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 microorganisme s responsables de les reaccions -Escalfament del reactor

26 01/març/2006 Separació Sòlid – Líquid Criteri sanitariCriteri d’eficàcia Criteri econòmicAltres 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.

27 01/març/2006 Biològic Desnitrificació Criteri sanitariCriteri 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

28 01/març/2006 FisicoquímicsCriteri sanitariCriteri 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

29 01/març/2006 Digestió anaeròbia Criteri sanitariCriteri d’eficàciaCriteri 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

30 01/març/2006 CogeneracióCriteri sanitariCriteri 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. SBRCriteri sanitariCriteri 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

31 01/març/2006 CompostatgeCriteri sanitariCriteri 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

32 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

33 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.

34 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

35 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

36 01/març/2006 18.SEGUIMENT DE CADA TRACTAMENT TRACT. PUNTS D’ANÀLISI Separador sòlid-líquid Fisicoquímics mixtes Digestió anaeròbia Nitrificació - Desnitrificaci ó Biològic Extensiu SBR Purí afluentSST,SV, DQO, NKT, P Líquid mescla reactor SST en el líquid de mescla pH, CE, SST. SST en la mescla pH, 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 Purga Volum i edat de la purga. pH, CE, SST, SSV.,P, NKT, N-NH 4,. Efluent líquid final de planta SST, SSV, DQO, DBO 5, NKT, N-NH 4 Concentració AGV, Alcalinitat, pH, SST, SSV. Qualitat del metà. SST, SSV, DQO, DBO 5, NKT, N-NH 4 Efluent líquid final de llacunatge SST, SSV, DQO, DBO 5, NKT, N-NH 4

37 01/març/2006 Periodicitat de realització de les analítiques Seguiment setmanalNKT, SST, P, CE Seguiment mensualSST, SSV, DQO, P, NKT, CE, N-NH 4, nitrats. Seguiment anualSST, SSV, DQO, P, NKT, CE, N-NH 4, 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

38 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

39 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