ES3014636B2 - Metodo y equipos para la produccion de fertilizantes de uso agricola y bioplastico microbiano a partir de residuos organicos - Google Patents

Description

DESCRIPCIÓN

MÉTODO Y EQUIPOS PARA LA PRODUCCIÓN DE FERTILIZANTES DE USO

AGRÍCOLA Y BIOPLÁSTICO MICROBIANO A PARTIR DE RESIDUOS ORGÁNICOS

Objeto de la invención

La presente invención, de acuerdo con el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un proceso y a los equipos necesarios para la transformación de materia orgánica residual en diferentes tipos de fertilizantes para agricultura y bioplástico bacteriano.

Según el proceso aquí descrito, la materia orgánica residual generada por la actividad humana será utilizada como materia prima para generar, por un lado, fertilizantes de uso agrícola base nitrógeno y potasio y por otro lado bioplástico bacteriano.

Antecedentes de la invención

El pasado 22 de marzo de 2023, se publicó la patente 2936907 con el título, MÉTODO Y EQUIPOS PARA LA PRODUCCIÓN DE POLIHIDROXIALCANOATOS Y BIOESTIMULANTE RADICULAR A PARTIR DE RESIDUOS ORGÁNICOS. En ella se describe el método y equipos para la obtención de bioplástico biodegradable de origen bacteriano, además de la obtención de un bioestimulante radicular rico en aminoácidos para uso en agricultura, a partir de residuos orgánicos.

A partir de este desarrollo, se origina esta nueva invención, dónde lo que se pretende es la obtención, a partir de residuos orgánicos de origen vegetal ó animal ó mezcla de ambos, de fertilizantes de uso agrícola base nitrógeno y/o potasio y bioplástico bacteriano.

Descripción de la invención

La presente invención tiene como objetivo, por tanto, proporcionar un proceso y los reactivos necesarios para transformar los residuos orgánicos generados por la actividad humana (restos orgánicos sólidos y líquidos de centros de distribución, hoteles y restaurantes, fracción sólida de contenedores marrones, restos orgánicos de la actividad agrícola (fruta y poda) de la industria de transformación alimentaria (cáscara de naranja, piel de aguacate, etc..), leche, derivados lácteos, lactosuero, aceites vegetales usados, fracción líquida digestatos, etc...) en fertilizantes base potasio y/o nitrógeno a la vez que bioplástico bacteriano.

El primer paso en este proceso está en la recepción de las materias primas (antes llamadas residuos) para su posterior transformación en fertilizantes base nitrógeno y potasio y bioplástico bacteriano.

El primer paso consiste en la separación de las materias primas según sea su origen, de forma que las materias primas sólidas serán recepcionadas y almacenadas separadamente de las materias primas líquidas.

Separaremos diferentes materias primas según su composición, en 2 fracciones, una sólida y otra líquida:

1. : Materias primas de origen orgánico, sólidas, procedentes de centros de distribución, hoteles y restauración, junto con la materia orgánica de contenedores marrones (fracción orgánica en la recogida selectiva), restos de poda y de la industria alimentaria, agrícola y agroalimentaria.

2. : Materias primas de origen orgánico líquidas: Lactosuero, leche y derivados lácteos, bebidas azucaradas y alcohólicas, aceites vegetales usados, fracción líquida de procesos de digestión anaerobia, aguas de limpieza de procesos industriales de elaboración de mostos, zumos, cerveza, etc....

A partir de las 2 fracciones anteriores, procederemos a su transformación por FASES:

FRACCIÓN LÍQUIDA

FASE A: ALMACENAMIENTO: FIG. 1

La fracción líquida se separa en tres fracciones:

• Bebidas azucaradas y alcohólicas, digestatos de procesos de digestión anaerobia procedentes de filtración entre 450^m y 25^m, agua de limpieza de procesos industriales de elaboración de mostos, zumos, cerveza, e tc . con un contenido en agua de entre el 60 y el 90% p/p

• Leche, derivados lácteos y lactosuero

• Aceites vegetales usados

Cada una de las tres fracciones líquidas descritas anteriormente, se almacenan por separado en tanques de homogenización asépticos, mediante atmósfera de Nitrógeno^) gaseoso, evitando así la posible fermentación.

Estas materias primas serán utilizadas como agua de dilución para las materias primas sólidas, en los procesos de licuefacción-homogenización de la FASE B, que describimos a continuación:

FRACCIÓN SÓLIDA

FASE B: HOMOGENIZACIÓN-LIQUEFACCIÓN: Lisis Celular - FIG 1 y FIG 2.

Los diferentes tipos de materia orgánica sólida serán mezcladas y homogenizadas en un tanque de mezcla, dónde se homogenizarán-triturarán, obteniendo una mezcla íntima en forma de papilla. La trituración de la mezcla generará una papilla con una concentración variable de sólidos, de un tamaño medio de partícula de 50^m de diámetro que se conseguirá por un doble efecto:

• Trituración-homogenización mecánica mediante molino martillo-triturador.

• Adición en la mezcla de microesferas de vidrio de un tamaño de 100 - 1.000 ^m de diámetro

Para la obtención de la papilla, se mezclará la fracción sólida con cada una de las 3 fracciones líquidas descritas en FASE A en un medio de alta osmolaridad, en una proporción de 1:1 a 1:4, fracción sólida: fracción líquida respetivamente. La mezcla se mantendrá en agitación-trituración en el interior del tanque de mezcla, durante un período de 1h a 12h, lo que permite la lisis celular por acción mecánica. El tiempo preferido de mezcla-agitacióntrituración en el interior del tanque de mezcla es de 3h a 6 h.

La receta de la mezcla de cada una de las tres fracciones líquidas de la FASE A, con la fracción sólida de esta FASE B, dependerá en cada caso de la disponibilidad de las diferentes fracciones líquidas. Aunque no sirva como regla genérica, normalmente se utiliza 1 parte de aceites vegetales usados por cada 3 partes de mezcla de leche, lactosuero ó derivados lácteos y/o aguas azucaradas/digestatos.

Finalizado el proceso de Homogenización, separamos las esferas de vidrio por decantación filtración, recuperándose para el próximo ciclo de trabajo en el tanque de mezcla.

En un segundo paso, la papilla espesa obtenida anteriormente (mezcla fracción sólida con fracción líquida en proporción 1:1 a 1:4, fracción sólida:fracción líquida respectivamente) en el tanque de mezcla, se envía a un Reactor de Homogenización , RH, dónde será diluida con agua osmotizada, desionizada ó destilada de conductividad < 3^S/cm, mediante agitación enérgica(800 rpm < Velocidad<Agitación>< 1.400 rpm), dónde la parte líquida de agua osmotizada/destilada/desionizada, varía de 10:1 hasta 1:10, agua osmotizada/destilada/desioinizada : fracción sólida, respetivamente. La dilucíón, preferentemente es de 1 : 4 papilla : agua osmotizada respectivamente.

La lisis celular en esta FASE B se consigue por una doble vía:

• Lisis celular por acción mecánica del triturador y la adición de microesferas de vidrio en la fase de obtención de la papilla espesa mezcla de fracción sólida y fracción líquida en proporción 1:1 a 1:4 respectivamente.

• Lisis celular por presión osmótica al sumergir la papilla anteriormente obtenida en un agua de muy baja conductividad, pasando de un medio de alta osmolaridad a un medio de muy baja osmolaridad

Este proceso de lisis celular permite, en una primera fase, liberar el contenido de las células al medio de cultivo, de modo que ahora sí, proteínas, hidratos de carbono y lípidos serán más asequibles al ser enviados al medio líquido. Este es un método de lisis celular muy suave.

FASE C: LIBERACIÓN DE PROTEÍNAS, GRASAS Y AZÚCARES: Ultrasonidos y/o Microondas Calor directo/indirecto. FIG 2.

Tras la fase B, la mezcla líquida del RH en forma de suspensión celular es sometida a un proceso de calentamiento mixto mediante radiación con ultrasonidos y/o microondas en la recirculación de la muestra sobre RH, junto con calentamiento directo y/o indirecto mediante vapor ó indirecto mediante aceite térmico, con agitación de la muestra en el interior del RH, como proceso de liberación de péptidos, azúcares y lípidos de cadena corta, a partir de estructuras celulares.

Se trabajará a temperaturas de 45°C < T° < 90°C y a valores de agitación bajos (150 rpm < Velocidad<agitación>< 800 rpm) con aporte de calor al medio mediante vapor y/o aceite térmico, para liberar aminoácidos y péptidos además de azúcares y aceites al medio de cultivo, junto con la aplicación de ultrasonidos y/o microondas en la recirculación, que permiten, de una manera rápida y eficaz, la liberación al medio de cultivo de:

• Péptidos de bajo peso molecular a partir de proteínas

• Sacarosa y otros azúcares compuestos a partir de Glucógeno, Almidón y Celulosa

• Aceites y Grasas contenidos en el interior de membranas como reservorios energéticos, así como de las propias membranas celulares.

El proceso de calentamiento de la muestra se consigue mediante aporte directo y/o indirecto de vapor junto con la radiación de US y/ó microondas en la recirculación del RH y agitación en el interior del RH ó bien mediante el aporte de calor indirecto por aceite térmico mediante camisa externa y/o interna junto con US y/ó micoondas en la recirculación del RH y agitación en el interior del RH, durante un período de 1h a 96h, más preferiblemente de 24 a 48h.

Junto con la liberación de péptidos, azúcares y aceites y grasas, se consigue higienizar la muestra por el aporte de calor: vapor/aceite térmico y ultrasonidos/microondas, unido al tiempo de calentamiento de la mezcla en el interior del RH.

FASE D: REDISOLUCIÓN SALES INSOLUBLES/ESTERILIZACIÓN: Acidificación de la muestra. FIG 2.

La mezcla homogenizada de la FASE B es recirculada sobre el propio tanque/reactor, aplicándose ultrasonidos y/o microondas en la impulsión de la bomba de recirculación y calor de forma directa y/o indirecta para vapor o indirecta con aceite térmico.

Iniciado el proceso de aplicación de calor ultrasonidos y/o microondas, la mezcla líquida, en continua agitación, se acidifica con ácidos inorgánicos ó orgánicos o mezcla de ellos.

Los reactivos químicos utilizados en las mezclas van desde ácidos inorgánicos como H<2>SO<4>, HCl, HNO<3>, H<3>PO<4>, o mezclas de ellos, junto con ácidos orgánicos como ácido láctico, ácido glicólico, ácido sulfámico, ácido maleico ó mezclas de ellos, incluyendo fosfonatos y policarboxilatos ácidos.

La composición final de la mezcla de ácidos y coadyuvantes dependerá de la composición de la mezcla de la fracción sólida+fracción líquida y estará encaminada a un doble efecto:

• inhibir la proliferación bacteriana

• Solubilizar los precipitados de sales insolubles de calcio y magnesio principalmente.

La adición de la mezcla de ácidos orgánicos/inorgánicos, con agitación de la mezcla, se mantendrá hasta un valor de 1,3 < pH<Final>< 1,7 estable, medido mediante sonda de pH en la recirculación sobre el propio Reactor de Homogenización(RH).

La mezcla de fracción sólida/fracción líquida, a los valores consigna de 1,3 < pHFinai < 1,7 permite:

• La adición de la mezcla de ácidos junto con la agitación y la monitorización del valor del pH, permite que todas las sales inorgánicas de alcalinotérreos(calcio y magenesio principalmente) sean resolubilizadas. De esta manera, el calcio y el magnesio serán solubilizados como nitrato, fosfato, sulfato, cloruro, lactato, etc...

• El fósforo, en forma de PO<43->, procedente de huesos y espinas así como de la parte vegetal, se mantendrá solubilizado como H<3>PO<4>.

• Evitar la proliferación de microorganismos, bacterias y hongos principalmente.

• Liberar aminoácidos a partir de péptidos insolubles.

• Liberar azúcares a partir de glucógeno y almidón.

El tiempo que la mezcla acidificada se mantiene en recirculación-agitación en el interior del Reactor de Homogenización, RH, oscila entre las 2h y las 96h. Preferentemente 24h a 48 h.

Durante el tiempo en que la mezcla se mantiene en recirculación-agitación en el interior del RH:

• El valor del pH ha de mantenerse en un valor de 1,3 < pH<Final>< 1,7, estable.

• La agitación (150 rpm < Velocidad<agitación>< 800 rpm) se mantiene durante todo el proceso.

• La Ta de trabajo se mantiene entre 45°C < Ta < 90 °C

Tal y como se ha descrito, las FASES C y D se realizan al mismo tiempo, esto es, se empieza a calentar la muestra a la vez que se acidifica, con agitación-recirculación constante sobre el RH.

FASE E: TRATAMIENTO POR CENTRIFUGACIÓN/FILTRO PRENSA DEL CONTENIDO DEL REACTOR: Obtención de FL<RH>(Fracción Líquida Reactor Homogenización) y FS<RH>(Fracción Sólida Reactor Homogenización) FIG 2.

Tras el proceso térmico en el interior del Reactor de Homogenización, RH, tenemos una fracción líquida y una fracción sólida que no se ha redisuelto en la fracción líquida: Celulosa, fibra vegetal, e tc .

Alcanzado el tiempo de reacción deseado, de 2h a 96h, el interior del RH es enviado a una centrífuga ó un filtro prensa, que separa la fracción líquida de la sólida.

La fracción líquida, FL<rh>, será almacenada en un tanque desde dónde se alimentará directamente a un Reactor Biológico de obtención de PHA(polihidroxialcanoatos) - RB<pha>, mientras que la fracción sólida, FS<rh>será enviada a otro tanque desde dónde se alimentará a un reactor termófilo acidogénico - RT<agv>.

FASE F: REACTOR AEROBIO(RB<pha>): OBTENCIÓN PHA. FIG 3.

La fracción FL<rh>, rica en ácidos grasos, péptidos y azúcares, alimentará a un reactor aerobio de fabricación de PHA, (RB<pha>), dónde se ha inoculado una bacteria superproductora de PHA, trabajando en condiciones de aerobiosis y de forma continua.

Trabajando en estas condiciones, la cepa bacteriana superproductora de PHA crecerá en condiciones aeróbicas, almacenando PHA en su interior de forma constante.

El control de la entrada de la fracción FL<rh>, se hará mediante el control de los parámetros: D.Q.O.(Demanda Química de Oxígeno) - O.D.(Oxígeno Disuelto) y de las concentraciones de Nitrógeno y Fósforo, mientras que el crecimiento bacteriano se controlará, principalmente, mediante el análisis en continuo de los SST(Sólidos en Suspensión Totales) que nos indicará la tasa de reproducción y crecimiento de la bacteria en el interior del RB<pha>.

La Fase F dispone, junto con el reactor aerobio de fabricación de PHA (RB<pha>), de una planta de ultrafiltración en configuración multitubular, La UF<rb,>que nos permite separar la fracción celular del interior del reactor, actuando a la vez de decantador estático de separación de lodos. Esta planta trabajará a un corte de peso molecular de 100.000 Dalton.

La planta de UF<rb>del reactor aerobio filtrará el contenido del reactor aerobio cada vez que el contenido en sólidos en suspensión, SST, supere los valores de consigna. La superación de los valores consigna indican que tenemos una población bacteriana suficientemente grande y con suficiente acumulación de PHA en su interior como para realizar una purga/extracción de PHA. Cuando los valores de lectura de SST en el interior del reactor superen los 10g/l, la planta de UF<rb>se pondrá en marcha, parándose al llegar a los 5g/l.

La planta de UF<rb>genera dos corrientes, una de permeado dónde tenemos los azúcares/aminoácidos/lípidos/sales minerales no degradados en el RB<pha>y libre de bacterias y una segunda fracción de sólidos, a una concentración máxima de sólidos del 25% v/v, que se corresponde con el rechazo.

El permeado será almacenado en un tanque que servirá como tanque de alimentación a una planta de NF(nanofiltración), en configuración en espiral, NF<rb>, para un tamaño de poro medio de 250 nm(nanómetros). La planta de NF<rb>generará dos corrientes, una de permeado dónde tendremos el 80% de las sales monovalentes(K+:Potasio y NH4+:amonio, principalmente) y sin materia orgánica ni sales divalentes, y un rechazo dónde tendremos toda la materia orgánica y las sales divalentes. El rechazo será enviado nuevamente al reactor aerobio de fabricación de PHA, el RB<pha>, mientras que el permeado, será almacenado para la fabricación del fertilizante base nitrógeno y potasio juntamente con el eluato de las columnas de adsorción de la FASE E.

El rechazo de la UF<rb>, a una concentración final del 25% v/v, alimentará a un filtro tipo NUCHA dónde todos los sólidos(bacterias), junto con el PHA en forma de gránulos, serán retenidos en la parte inferior del mismo, filtrándose la corriente acuosa. La corriente acuosa se unirá a la fracción FL<rh.>

El sólido retenido en el filtro tipo NUCHA será lavado, primero, con una solución acuosa caliente (50°C < Ta < 90 °C) de 5% p/p < [NaOH/KOH] < 20% p/p, recirculándola sobre el propio filtro NUCHA, para separar la materia orgánica adherida a los gránulos de PHA. La corriente de lavado filtrada, rica en materia orgánica, una vez agotada, se unirá a la fracción líquida de la FASE A correspondiente a Bebidas azucaradas y alcohólicas, digestados de procesos de digestión anaerobia procedentes de filtración entre 450^m y 25^m, agua de limpieza de procesos industriales de elaboración de mostos, zumos, cerveza, etc... con un contenido en agua de entre el 60 y el 90% p/p.

El segundo lavado, a continuación del anterior, se hará con una solución acuosa de 5% p/p < [H2O2] < 30% p/p, recirculándola sobre el propio filtro NUCHA, para separar la materia orgánica adherida a los gránulos de PHA que no ha sido separada con la mezcla de NaOH/KOH en caliente. Esta corriente estará aditivada con sales de hierro, FeCh ó Fe2(SO4)3, en una dosis de 10 ppm á 2.000 ppm referidas a la cantidad de H2O2 adicionada.

La corriente de lavado filtrada, una vez agotada, se unirá a la fracción líquida de la FASE A correspondiente a Bebidas azucaradas y alcohólicas, digestados de procesos de digestión anaerobia procedentes de filtración entre 450^m y 25^m, agua de limpieza de procesos industriales de elaboración de mostos, zumos, cerveza, e tc . con un contenido en agua de entre el 60 y el 90% p/p.

El proceso de lavado con recirculación se alargará hasta que los gránulos de PHA estén bien limpios de materia orgánica. En este momento, una corriente de aire caliente y seco procedente de un generador de aire caliente, secará los gránulos de PHA hasta contenidos de humedad < 15% p/p. En ese momento se procederá a la descarga del filtro tipo NUCHA sobre sacos de recogida de PHA seco.

En resumen, el reactor de producción de PHA dispone de una planta de UF<rb>para separación de la fracción bacteriana - recuperación PHA y una planta de NF<rb>que permite purgar las sales del sistema, K<+>y NH<4+>, evitando el aumento de la conductividad y del NH<3,>en el interior del Reactor Biológico - RB<pha>.

FASE G: FERMENTADOR TERMÓFILO ACIDOGÉNICO: OBTENCIÓN AGV : FIG 4

La fracción FS<rh>obtenida por la centrífuga/filtro prensa a la salida y descarga del reactor, RH, alimentará a un reactor-fermentador termófilo acidogénico, RT<agv>, dónde y en condiciones anaerobias se obtendrán AGV (Ácidos Grasos Volátiles) a partir de la materia orgánica de la fracción FS<rh>. Juntamente con la fracción FS<rh>, el fermentador termófilo acidogénico, RT<agv>, puede ser alimentado de las fracciones líquidas de la FASE A, en especial, de los aceites vegetales.

El RT<agv>será inoculado por fangos activos de E.D.A.R. (Estación Depuradora de Aguas Residuales), de manera qué y con el aporte de materia orgánica de la fracción FS<RH>+aceites vegetales, se generarán, por fermentación acidogénica anaerobia, AGV(ácidos grasos volátiles), constituidos principalmente por ácido acético en más de un 90% p/p y proporciones variables de ácido propiónico, ácido butírico, ácido isobutírico y ácido isovalérico.

El RT<agv>trabajará en unas condiciones de 5,5 < pH < 6,5 y a una 35 < T° < 50, con un tiempo de retención hidráulica de 1 a 4 días.

En el interior del RT<agv>se generarán AGV(Ácidos Grasos Volátiles) a partir de la materia orgánica suministrada en continuo (Fracción FS<r>+ aceites vegetales usados). La extracción de los AGV generados por las cepas bacterianas fermentadoras se hará mediante planta de UF<agv>multitubular que permite trabajar hasta 25% v/v de sólidos. Mediante control de los SST así como de AGV/D.Q.O./T°/pH por sondas en el interior del RT<agv>, se monitorizará la producción en continuo de la biomasa así como de los AGV(Ácidos Grasos Volátiles).

La planta multitubular de UF<agv>, en continuo, filtrará el contenido del RT<agv>, generando dos corrientes, una de permeado rica en AGV y libre de bacterias y una segunda fracción de sólidos a una concentración máxima del 25% v/v, que se corresponde con el rechazo. Este rechazo será reenviado nuevamente al RT<agv>, hasta que la concentración de SST (Sólidos en Suspensión Totales) en el interior del RT<agv>supera en valor de los 10g/l. En ese momento, la fracción del rechazo es purgada del RT<agv>, enviándose o a la fracción sólida de la FASE B ó bien purgándose del sistema como material compostable tras su secado. Este proceso de filtración y purga a FASE B ó compost del rechazo de la planta de UF en configuración multitubular, UF<agv>, se mantiene hasta que el valor de los sólidos en suspensión en el interior del RT<agv>descienda por debajo de los 2,5 g/l, momento en que la purga de la UF<agv>vuelve a ser enviada, nuevamente, al RT<agv>.

FASE E: COLUMNAS DE ADSORCIÓN: Separación de AGV : FIG 5

El permeado obtenido por las membranas de UF<agv>, equivalente a un 80-90% de la corriente de entrada, servirá de alimentación a unas columnas de adsorción.

El permeado de la UF<agv>, es una corriente rica en AGV(Ácidos Grasos Volátiles), pero también contiene las sales presentes en el licor mixto del RT<agv>. Para separar las sales de los AGV, utilizaremos columnas de adsorción que retienen la materia orgánica en forma de AGV, pero no los compuestos iónicos.

Los AGV del interior del RT<agv>, a valores de pH ácidos, 5,5 < pH < 6,5, se encuentran como ácidos (R-COOH) ó como especie disociada, R-COO- y se comportan como moléculas discretas, pero a valores de pH ligeramente básicos, pH>7,0, se transforman en sus sales conjugadas (R-COONa, ó R-COOK ó R-COONH<4>) que se comportan como sales, no como materia orgánica. Esta dualidad de comportamiento, covalente a pH ácidos, iónico a pH básicos, es la base de la separación de los AGV de las sales inorgánicas , en el interior de las columnas de adsorción.

El material de relleno de las columnas de adsorción puede contener, entre otros materiales:

Carbón activado de concha de coco, bituminoso ó de madera de pino, zeolitas, sepiolitas, bentonitas ó mezclas de ellos, según sea la materia orgánica a retener.

En nuestro caso, se utiliza mezclas de carbón activado, bentonitas sódicas y zeolitas sódicas.

El permeado de la UF<agv>tiene el valor del pH del interior del RT<agv>, que está entre 5,5 < pH < 6,5. A este valor de pH, los AGV se encuentran como ácidos:

R-COOH ó R-COO-, siendo R=CH<3>, CH<3>-CH<2>, CH<3>-CH<3>, CH<3>-CH<2>-CH<2>, CH<3>-CH<3>-CH-CH<2>,

CH<3>-CH<2>-CH<2>-CH<2>ó CH<3>-CH<2>-CH<2>-CH<2>-CH<2.>

Cuando el permeado de la UF<agv>pasa por el interior de las columnas de adsorción, a un pH ácido, todos los AGV son adsorbidos como materia orgánica soluble que son, en forma de ácidos orgánicos, a esos valores de pH.

Las columnas de adsorción retienen los AGV y dejan pasar una corriente libre de materia orgánica, pero rica en nitrógeno, potasio y fósforo;

• Nitrógeno nítrico procedente del HNO3(ácido nítrico) utilizado en la acidificación de la FASE D

• Nitrógeno amoniacal procedente del NH3SO3(ácido sulfámico) utilizado en la homogenización - FASE D, así como de la degradación de los péptidos no solubilizados en el reactor

• Potasio procedente de frutas y verduras principalmente

• Fósforo procedente de huesos y espinas en forma de hidroxiapatita (CaHPO4)

• Calcio procedente de conchas de moluscos, crustáceos y huesos y espinas

FASE H: OBTENCIÓN FERTILIZANTE : N:K:CaO. FIG 5

Esta corriente de eluato de las columnas de adsorción, libre de materia orgánica y rica en sales, se unirá a la corriente rica en K<+>y NH<4+>, procedente del permeado de la NF<rb>, alimentando ambas corrientes a un sistema de concentración de sales doble.

El primer paso será una planta de O.I. de alta presión de doble paso, O.I.<nk>dónde se obtendrá agua osmotizada de una conductividad < 3^S/cm para ser reutilizada en la FASE B y un rechazo, dónde la concentración de sales estará sobre los 70g/l. Este rechazo alimentará a un sistema de evaporación por emisión de aerosoles, dónde las sales serán concentradas hasta obtener un fertilizante inorgánico N:K:CaO, de concentración final 10 : 2,4 : 2, aproximadamente, mientras que el agua condensada en el proceso de evaporación, será enviada a la alimentación de la planta de O.I.<nk>

FASE I: REGENERACIÓN COLUMNAS ADSORCIÓN : Obtención acetatos. FIG 5

El relleno de las columnas de adsorción para la retención de AGV puede ser de carbón activado de concha de coco, bituminoso ó de madera de pino, zeolitas, sepiolitas, bentonitas ó mezclas de ellos. En nuestro caso, de forma preferente, utilizaremos una mezcla de carbón activado de concha de coco y bentonitas/zeolitas sódicas, dónde la capacidad de adsorción para los AGV es de alta adsorción, de tal manera que un kilo de la mezcla carbón activado/bentonita/zeolita adsorbe, de media, 1/3 de su peso en AGV.

Una vez las columnas se han saturado de AGV, se procederá a la regeneración de las mismas. Para la regeneración se utilizará una base, tal como hidróxido sódico ó potásico ó amoníaco ó un carbonato, como carbonato sódico ó potásico o mezclas de ambos. Según el tipo de base utilizada, en la regeneración se obtendrá un acetato, propionato, butirato, isovaleriato, u otro. Así, si utilizamos como regenerante una solución de hidróxido potásico, la regeneración rendirá, en el caso del ácido acético, acetato potásico, según la reacción:

CH<3>-COOH KOH —► CH<3>-COOK H<2>O

Si utilizamos como regenerante una solución de carbonato potásico, la regeneración rendirá acetato potásico, según la reacción:

2CH<3>-COOH K<2>CO<3>—► 2CH<3>-COOK CO<2>+ H<2>O

Siendo éstas, una reacción de neutralización dónde un ácido inorgánico, se transforma en su sal conjugada, que ahora ya no puede quedar retenida por adsorción en el interior de los poros del carbón activado/bentonita/zeolita y por tanto eluye de las columnas.

Así, la regeneración de las columnas rinde un eluato que no es más que una solución de acetato potásico(en este ejemplo), a una concentración similar a la del regenerante utilizado, siendo directamente un fertilizante a la concentración máxima de 0 : 0 : 21, como fertilizante líquido conteniendo 0% de nitrógeno, 0% de fósforo y un 21% p/p de K<2>O.

Así, si se utiliza NH<3>como regenerante , entonces sí tendríamos un fertilizante base N, como consecuencia de la reacción de neutralización:

CH<3>-COOH NH<3>—► CH<3>-COONH<4>

Siendo éste un 10:0:0, como máximo, como otro ejemplo en la obtención de diferentes fertilizantes según el regenerante usado en la desorción de las columnas de adsorción.

También podemos obtener:

2 CH<3>-COOH Ca(OH)<2>—► (CH<3>-COO)<2>Ca H<2>O; y/o

2 CH<3>-COOH Mg(OH)<2 — ►>(CH<3>-COO)<2>Mg H<2>O

Según sean las condiciones de mercado, se fabricará un tipo u otro de fertilizante , rico en potasio ó en nitrógeno ó en calcio y/o magnesio.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   1- Proceso para el tratamiento de residuos orgánicos de origen vegetal ó animal ó mezcla de ambos, para la elaboración de bioplástico bacteriano y fertilizantes de uso agrícola a base de nitrógeno y potasio, dónde la materia orgánica residual líquida procede de:

   a) Materias primas de origen orgánico líquidas con un contenido de agua entre un 60% p/p y un 90% p/p, tales como bebidas azucaradas y alcohólicas, digestatos de procesos de digestión anaerobia procedentes de filtración entre 450^m y 25^m, así como aguas de limpieza de procesos industriales de elaboración de mostos, zumos, etc...

   b) Lactosuero, leche y derivados lácteos,

   c) aceites vegetales usados,

   Y que se almacenan por separado en tanques de homogenización asépticos, mediante atmósfera de Nitrógeno^) gaseoso, evitando así procesos de fermentación.

   2- Proceso para el tratamiento de residuos orgánicos de origen vegetal ó animal ó mezcla de ambos, para la elaboración de bioplástico bacteriano y fertilizantes de uso agrícola a base de nitrógeno y potasio, dónde la materia orgánica residual sólida utilizada como materia prima:

   a) Procede de Centros de Distribución, hoteles y restauración, junto con la fracción orgánica en la recogida selectiva (contenedor marrón de restos orgánicos) y restos orgánicos de la actividad agrícola (fruta y poda) y de la industria de transformación alimentaria (cáscara de naranja, piel de aguacate, etc..).

   b) Es mezclada con la fracción líquida (descrita en la reivindicación 1) en una proporción 1:4 fracción sólida: fracción líquida respectivamente y a continuación, triturada-homogenizada hasta la formación de una papilla con un tamaño de partícula medio de 50^m de diámetro, mediante molino martillo-triturador y adición de microesferas de vidrio de 100 - 1.000 ^m de diámetro, en el interior de un Tanque de Mezcla , durante 3h a 6h.

   c) Las microesferas de vidrio son recuperadas del tanque de mezcla por decantaciónfiltración, antes del vaciado del contenido del tanque de mezcla sobre Reactor de Homogenización, RH.

   d) La proporción de la fase líquida adicionada a la fracción sólida en la Homogenización-liquefacción en el interior del tanque de mezcla, es de 1 parte de aceites usados por cada 3 partes del resto de fracciones líquidas de la FASE A.

   3- Proceso para el tratamiento de residuos orgánicos de origen vegetal ó animal ó mezcla de ambos, para la elaboración de bioplástico bacteriano y fertilizantes de uso agrícola a base de nitrógeno y potasio según reivindicación 2, dónde:

   a) La papilla del interior del tanque de homogenización es diluída, tras la trituraciónhomogenización, con agua osmotizada/destilada/desionizada de una conductividad eléctrica, CE, inferior a 3^S/cm en una relación 10:1 hasta 1:10, papilla:agua de conductividad inferior a 3^S/cm, respectivamente,

   b) Es acidificada, tras la dilución con agua de conductividad eléctrica inferior a 3^S/cm, mediante la adición de una mezcla de ácidos inorgánicos (H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4 ,o mezclas de ellos) y/o orgánicos(ácido láctico, ácido glicólico, ácido sulfámico, ó mezclas de ellos, incluyendo fosfonatos ácidos) hasta un valor de 1,3 < pHfinal < 1,7,

   c) Es agitada enérgicamente (800 rpm < Velocidadagitación < 1.400 rpm) durante todo el proceso de elaboración de la papilla y mezcla con agua de conductividad eléctrica inferior a 3^S/cm, para después, agitarse lentamente (150 rpm < Velocidadagitación < 800 rpm), durante un período de 2h hasta 96 h, preferiblemente de 24h a 48h, una vez alcanzado el valor consigna de 1,3 < pHfinal < 1,7, d) Es calentada, tras alcanzar el valor consigna de 1,3 < pHfinal < 1,7, en un margen de 45°C < T° < 90°C durante todo el proceso de agitación que dura de 2h a 96h.

   4- Proceso para el tratamiento de residuos orgánicos de origen vegetal ó animal ó mezcla de ambos, para la elaboración de bioplástico bacteriano y fertilizantes de uso agrícola a base de nitrógeno y potasio según reivindicación 3, dónde la papilla generada en la FASE B es calentada e higienizada en el interior del RH:

   a) Calentada, mediante aporte de calor directo mediante inyección de vapor en el interior del RH, junto con radiación de US y/o microondas en la impulsión de la recirculación del RH.

   b) O bien, por aporte de calor indirecto mediante vapor/aceite térmico mediante camisa calefactora interior i/o exterior, junto con radiación de US y/o microondas en la impulsión de la recirculación del RH.

   c) Higienizada, gracias a la temperatura de trabajo en el interior del RH, 45°C < T° < 90°C durante todo el proceso, al tiempo de calentamiento de 2h a 96h y a la acidificación del contenido del RH hasta valores de 1,3 < pHfinal < 1,7, con agitación continuada durante todo el proceso.

   5- Proceso para el tratamiento de residuos orgánicos de origen vegetal ó animal ó mezcla de ambos, para la elaboración de bioplástico bacteriano y fertilizantes de uso agrícola a base de nitrógeno y potasio según reivindicación 3, dónde el contenido del interior del RH, tras el proceso de calentamiento e higienización, es tratado mediante filtro prensa o centrífuga para la separación de la fracción de sólidos, FS<rh>, de la fracción líquida, RL<rh>:

   6- Proceso para el tratamiento de residuos orgánicos de origen vegetal ó animal ó mezcla de ambos, para la elaboración de bioplástico bacteriano y fertilizantes de uso agrícola a base de nitrógeno y potasio según reivindicación 5, dónde la FL<rh>, rica en péptidos, azúcares, ácidos grasos y sales minerales, será enviada el interior del reactor biológico, RB<pha>, dónde servirá de alimentación a una bacteria superproductora de PHA, que crece en el interior del reactor biológico aireado, RB<pha>, a concentraciones de entre 5 a 10 g/l.

   7- Proceso para el tratamiento de residuos orgánicos de origen vegetal ó animal ó mezcla de ambos, para la elaboración de bioplástico bacteriano y fertilizantes de uso agrícola a base de nitrógeno y potasio según reivindicación 6, dónde el RB<pha>dispone de planta de ultrafiltración a 100.000 Dalton de corte de Peso Molecular, en configuración multitubular, UF<rb>, que filtrando el licor mixto del interior del RB<pha>genera dos corrientes ;

   • Una de permeado, corriente que atraviesa las membranas, rica en AGV y sales minerales, que alimentará a una planta de nanofiltración, NF<rb>, y

   • Un rechazo, la fracción que no ha atravesado las membranas, dónde tenemos toda las bacterias concentradas hasta un valor de 25% v/v y que es reconducida , nuevamente al RB<pha>cuando el valor en el interior del RB<pha>es de 5 g/l < SST < 10 g/l ó a filtro tipo Nucha cuando el valor ,en el interior del RB<pha>, de SST > 10 g/l y hasta llegar a un valor de 5g/l de SST, cuando nuevamente, la fracción de rechazo de la UF<pha>, es conducida nuevamente a RB<pha>.

   8- Proceso para el tratamiento de residuos orgánicos de origen vegetal ó animal ó mezcla de ambos, para la elaboración de bioplástico bacteriano y fertilizantes de uso agrícola a base de nitrógeno y potasio según reivindicación 6, dónde en RB<pha>dispone de planta de nanofiltración (NF) a 250nm de paso, en configuración en espiral, que y alimentándose del permeado de UF<rb>, genera dos corrientes;

   • Una de permeado, corriente que atraviesa las membranas de NF, con un 80% de las sales monovalentes (K+:Potasio y NH4+:amonio, principalmente) presentes en el permeado de la UF<rb>, que se almacenará junto a el eluato de las columnas de microfiltración y

   • Otra de rechazo, la fracción que no ha atravesado las membranas, rica en sales divalentes y materia orgánica, que es enviada nuevamente al RB<pha>.

   9- Proceso para el tratamiento de residuos orgánicos de origen vegetal ó animal ó mezcla de ambos, para la elaboración de bioplástico bacteriano y fertilizantes de uso agrícola a base de nitrógeno y potasio según reivindicación 6, dónde el RB<pha>dispone de un filtro tipo NUCHA que recibe el rechazo de la UF<rb>, con una concentración bacteriana del 25% v/v, del que extrae el PHA del interior de las bacterias mediante un doble paso de lavado;

   • Lavado con una solución acuosa caliente (50°C < Ta < 90 °C) de 5% p/p < [NaOH/KOH] < 20% p/p, seguido de un segundo lavado con,

   • Una solución 5% p/p < [H2O2] < 30% p/p, aditivada con sales de hierro, FeCh ó Fe2(SO4)3, en una dosis de 10 ppm á 2.000 ppm referidas a la cantidad de H2O2 adicionada.

   Y un secado final con aire caliente y seco generado por un compresor a baja presión, que permite obtener gránulos de PHA a una sequedad < 15% p/p, a la descarga del filtro tipo NUCHA.

   10- Proceso para el tratamiento de residuos orgánicos de origen vegetal ó animal ó mezcla de ambos, para la elaboración de bioplástico bacteriano y fertilizantes de uso agrícola a base de nitrógeno y potasio según reivindicación 9, dónde las aguas de lavado básicas del filtro tipo NUCHA (5% p/p < [NaOH/KOH] < 20% p/p) así como las aguas de lavado con H2O2, ambas son enviadas a la fracción líquida de la FASE A correspondiente a aguas de proceso industrial de lavado de la industria alimentaria con un contenido en agua de entre el 60% y el 90% p/p.

   11- Proceso para el tratamiento de residuos orgánicos de origen vegetal ó animal ó mezcla de ambos, para la elaboración de bioplástico bacteriano y fertilizantes de uso agrícola a base de nitrógeno y potasio según reivindicación 5, dónde la FS<rh>junto con parte de los aceites vegetales usados de la FASE A, serán enviados al interior del reactor termófilo acidogénico, RT<agv>, para la generación de AGV(Ácidos Grasos Volátiles), dónde y trabajando en unas condiciones de 5,5 < pH < 6,5 y a una 35 < T° < 50, con un tiempo de retención hidráulica de 1 a 4 días, se podrá obtener más de un 90% de ácido acético como principal AGV.

   12- Proceso para el tratamiento de residuos orgánicos de origen vegetal ó animal ó mezcla de ambos, para la elaboración de bioplástico bacteriano y fertilizantes de uso agrícola a base de nitrógeno y potasio según reivindicación 11, dónde en RT<agv>dispone de planta de ultrafiltración a 100.000 Dalton de corte de Peso Molecular, en configuración multitubular, UF<agv>, que filtrando el licor mixto del interior del RT<agv>genera dos corrientes;

   • Una de permeado, corriente que atraviesa las membranas, rica en AGV y sales minerales, que alimentará a columnas de adsorción, y

   • Un rechazo, la fracción que no ha atravesado las membranas, dónde tenemos toda las bacterias concentradas hasta un valor de 25% v/v y que es reconducida, nuevamente al RT<agv>cuando el valor en el interior del RT<agv>es de 5 g/l < SST < 10 g/l ó como purga del sistema para la formación de compost o a FASE B, cuando el valor en el interior del RT<agv>de SST > 10 g/l, hasta que el valor de SST en el interior del RT<agv>llega a 2,5g/l, momento en el que el rechazo de la UF<agv>es reconducido, nuevamente, a RT<agv>.

   13- Proceso para el tratamiento de residuos orgánicos de origen vegetal ó animal ó mezcla de ambos, para la elaboración de bioplástico bacteriano y fertilizantes de uso agrícola a base de nitrógeno y potasio según reivindicación 11, dónde el RT<agv>dispone de un sistema de columnas de adsorción, que disponen en su interior de material adsorbente como mezcla de carbón activado junto con bentonitas y zeolitas sódicas y qué alimentándose del permeado de la UF<agv>, genera dos corrientes

   • Una del eluato, corriente de salida de las columnas de adsorción rica en nitrógeno potasio y fósforo, y

   • Un retentato, compuesto por la materia orgánica retenida en su interior y que se corresponde con los AGV(Ácidos Grasos Volátiles) presentes en el permeado de la UF<agv>.

   14- Proceso para el tratamiento de residuos orgánicos de origen vegetal ó animal ó mezcla de ambos, para la elaboración de bioplástico bacteriano y fertilizantes de uso agrícola a base de nitrógeno y potasio según reivindicación 13, dónde la regeneración del sistema de columnas de adsorción se realiza mediante la adición de una solución acuosa de una base como KOH, NH3, CaCO3 etc... dando como resultado de la regeneración un eluato compuesto por las sales potásicas, amoniacales ó cálcicas, repectivamente, de los AGV(Ácidos Grasos Volátiles) retenidos en el interior de las columnas y las columnas regeneradas para el siguiente proceso de adsorción.

   15- Proceso para el tratamiento de residuos orgánicos de origen vegetal ó animal ó mezcla de ambos, para la elaboración de bioplástico bacteriano y fertilizantes de uso agrícola a base de nitrógeno y potasio según reivindicación 13, dónde la composición de la regeneración de las columnas de adsorción rinde un fertilizante de comercialización directa y de composición 10:0:0 en el caso de utilizar NH3 como regenerante, 0:10:0 en el caso de utilizar KOH como regenerante ó bien una sal orgánica de calcio y/o magenesio en el caso de utilizar CaCO3/Ca(OH)2/MgCO3/Mg(OH)2.

   16- Proceso para el tratamiento de residuos orgánicos de origen vegetal ó animal ó mezcla de ambos, para la elaboración de bioplástico bacteriano y fertilizantes de uso agrícola a base de nitrógeno y potasio según reivindicación 13, dónde el eluato de las columnas de adsorción, rico en potasio, fósforo y nitrógeno inorgánicos y libre de materia orgánica, se une con la fracción del permeado de la NF<rb>y son concentrados mediante un doble sistema de concentración:

   • Planta de O.I. de alta presión de doble paso O.I.<nk>

   • Sistema de evaporación

   17- Proceso para el tratamiento de residuos orgánicos de origen vegetal ó animal ó mezcla de ambos, para la elaboración de bioplástico bacteriano y fertilizantes de uso agrícola a base de nitrógeno y potasio según reivindicación 16, donde la planta de O.I.<nk>es de doble paso ;

   • El permeado del primer paso, alimenta a una segunda planta de O.I. , dónde el permeado de este segundo paso tiene una CE(Conductividad Eléctrica) < 3|jS/cm, generándose un agua que será utilizada como agua de dilución en la FASE B,

   • El rechazo del primer paso de la O.I.<nk>,alimentará al sistema de evaporación,

   • El rechazo del segundo paso de la O.I.<nk>, alimentará al primer paso de la O.I.<nk>.

   18- Proceso para el tratamiento de residuos orgánicos de origen vegetal ó animal ó mezcla de ambos, para la elaboración de bioplástico bacteriano y fertilizantes de uso agrícola a base de nitrógeno y potasio según reivindicación 16, dónde el sistema de evaporación alimentado por el rechazo del primer paso de la O.I.<nk>, concentrará por evaporación la solución de sales hasta la obtención del valor del N:P:K comercial deseado, estimado en un 10:2,4:2 aproximadamente para residuos orgánicos de origen mixto, vegetal animal y un agua condensada que alimentará al primer paso de la planta de ósmosis inversa, O.I.<nk>.