XJY Transformando lodos de depuradora en biosólidos: un viaje a través del tratamiento de aguas residuales y más allá
Introducción del tratamiento de lodos XJY.
Antes de 1950, la mayoría de las comunidades de Estados Unidos descargaban sus aguas residuales en arroyos y ríos con poco o ningún tratamiento. A medida que aumentaba la población urbana, la capacidad natural de los arroyos y ríos para manejar las aguas residuales se vio superada y provocó que la calidad del agua se deteriorara en muchas regiones. En respuesta a las preocupaciones sobre la degradación de la calidad del agua, miles de comunidades en todo Estados Unidos construyeron sistemas de tratamiento de aguas residuales durante las décadas de 1950 y 1960. Esto dio como resultado una calidad del agua de arroyos y ríos muy mejorada, pero creó otro material con el que lidiar: los lodos de depuradora. Aproximadamente el 99% del flujo de aguas residuales que ingresa a una planta de tratamiento se descarga como agua rejuvenecida. El resto es una suspensión diluida de sólidos que ha sido capturado por el proceso de tratamiento. Estos sólidos del tratamiento de aguas residuales se denominan comúnmente lodos de depuradora.
"Lodos de depuradora" o "biosólidos": ¿qué hay en un nombre?
El término "biosólidos" ha sido introducido recientemente por la industria del tratamiento de aguas residuales. La industria define los biosólidos como lodos de depuradora que han sido sometidos a un tratamiento suficiente para la estabilización y reducción de patógenos, y que son de una calidad suficientemente alta para ser aplicados en la tierra. El término pretende distinguir los lodos de depuradora tratados de alta calidad de los lodos de depuradora sin tratar y de los lodos de depuradora que contienen grandes cantidades de contaminantes medioambientales. El término "biosólidos" también ayuda a distinguir los lodos de depuradora de los lodos industriales al enfatizar que los primeros se producen mediante un proceso biológico. El término ha sido criticado por algunos como un intento de disfrazar la naturaleza real de los lodos de depuradora, haciendo así que la aplicación de este material al suelo sea menos objetable para el público en general. Aunque "biosólidos" sin duda no evoca las mismas imágenes negativas que "lodos de depuradora" o simplemente "lodos", es un término legítimo y funcional cuando se utiliza correctamente para hacer la distinción descrita anteriormente. En este documento, "lodos de depuradora" se utilizará para referirse a sólidos de tratamiento de aguas residuales en general, y "biosólidos" se utilizará para referirse específicamente a material que es adecuado para aplicación en tierra.
imagen 6Lodos de depuradora
Producción de lodos de depuradora municipal XJY
Las aguas residuales municipales, o aguas residuales, se refieren al agua que se ha utilizado en hogares o negocios de áreas urbanas y suburbanas para lavar, bañarse y descargar inodoros. Las aguas residuales municipales también pueden incluir agua de fuentes industriales. Para eliminar sustancias químicas o contaminantes resultantes de procesos industriales, los contribuyentes industriales a los sistemas de aguas residuales municipales deben tratar previamente sus aguas residuales antes de descargarlas al sistema de alcantarillado. Las aguas residuales se transportan a través del sistema de alcantarillado sanitario a una planta de tratamiento de aguas residuales centralizada (a veces denominada Obra de Tratamiento de Propiedad Pública o POTW). En el POTW, las aguas residuales pasan por una serie de pasos de tratamiento que utilizan procesos físicos, biológicos y químicos para eliminar nutrientes y sólidos, descomponer materiales orgánicos y destruir patógenos (organismos que causan enfermedades) en el agua. El agua rejuvenecida se libera en arroyos y ríos, o se puede rociar sobre grandes extensiones de tierra.
Imagen 7 Lodos de depuradora municipales
El tratamiento preliminar de las aguas residuales sin tratar implica un tamizado para eliminar objetos grandes como palos, botellas, papel y trapos, y una etapa de eliminación de arena durante la cual los sólidos inorgánicos (arena, arenilla, cenizas) se sedimentan rápidamente del agua. Los residuos y la arena que se eliminan en esta etapa del tratamiento generalmente se depositan en vertederos y no pasan a formar parte de los lodos de depuradora.
El tratamiento primario implica procesos de sedimentación por gravedad y flotación que eliminan aproximadamente la mitad del material sólido que ingresa a esta etapa. El material sólido (tanto orgánico como inorgánico) que sedimenta durante esta etapa del tratamiento se extrae del fondo y constituye el lodo primario. En la mayoría de los POTW, el material flotante (aceite, grasa, madera y materia vegetal) que se extrae de la superficie del agua durante el tratamiento primario se elimina por separado y no pasa a formar parte del lodo primario.
El tratamiento secundario es un proceso biológico acelerado y cuidadosamente controlado en el que se utilizan microorganismos naturales para degradar (descomponer o digerir) el material orgánico suspendido y disuelto en las aguas residuales. Este material se convierte en dióxido de carbono que se libera a la atmósfera y en masa de células microbianas.
En las cuencas de sedimentación secundaria, la masa de células microbianas se deposita en el fondo y se elimina. Este material principalmente orgánico se denomina lodo secundario.
Algunas plantas de tratamiento también incluyen pasos de tratamiento terciario diseñados para reducir aún más los nutrientes de las plantas (nitrógeno y fósforo), los sólidos suspendidos o la demanda biológica de oxígeno en las aguas residuales. El fósforo precipitado químicamente y la filtración producen un lodo terciario.
Finalmente, el agua se somete a un tratamiento de desinfección para destruir los microorganismos patógenos. Luego, el agua rejuvenecida se libera a un arroyo o río o se puede rociar sobre grandes extensiones de tierra.
XJY Métodos de tratamiento de lodos de depuradora municipales
Los lodos primarios, secundarios y terciarios normalmente se combinan y la mezcla resultante, que contiene de 1 a 4% de sólidos, se denomina lodos de depuradora "brutos". Debido a su contenido de patógenos y su naturaleza inestable y descomponible, los lodos de depuradora sin tratar son un peligro potencial para la salud y el medio ambiente; sin embargo, ahora se utilizan varios procesos de tratamiento para estabilizar los lodos de depuradora, disminuir su contenido de patógenos y aumentar su contenido de sólidos. Algunos de los procesos más comúnmente utilizados para estabilizar y reducir los niveles de patógenos en lodos de depuradora se enumeran y describen brevemente en la Tabla 1.
| Método de tratamiento | Descripción | Efectos sobre los lodos |
| Espesamiento | Los sólidos del lodo se concentran ya sea por sedimentación debido a la gravedad o mediante la introducción de aire, lo que hace que los sólidos del lodo floten. | El lodo conserva las propiedades de un líquido, pero el contenido de sólidos aumenta del 5 al 6%. |
| Deshidratación | Deshidratación
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| Digestión anaeróbica | Uno de los métodos más utilizados para el tratamiento de lodos. El lodo se mantiene en ausencia de aire durante 15 a 60 días a temperaturas de 68 a 131°F. Las bacterias anaeróbicas se alimentan del lodo y producen metano y dióxido de carbono. En algunas plantas de tratamiento, el metano se recoge y se quema para mantener la temperatura de tratamiento. |
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| Digestión aeróbica | El lodo se agita con aire u oxígeno durante 40 a 60 días a temperaturas de 59 a 68°F. Las bacterias aeróbicas se alimentan del lodo y producen dióxido de carbono. |
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| Estabilización alcalina | Se añade al lodo suficiente material alcalino, más comúnmente cal (CaO), para aumentar su pH a al menos 12 durante 2 horas. El pH debe permanecer por encima de 11,5 durante 22 horas más. |
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| compostaje | El lodo se deshidrata para aumentar el contenido de sólidos a alrededor del 20% y luego se mezcla con un material orgánico con alto contenido de carbono, como el aserrín. La mezcla se composta en condiciones aeróbicas a temperaturas de al menos 131 °F durante varios días durante el proceso de compostaje. |
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¿Qué hay en los lodos de depuradora??
Los lodos de depuradora están compuestos de materiales tanto inorgánicos como orgánicos, grandes concentraciones de algunos nutrientes vegetales, concentraciones mucho más pequeñas de numerosos oligoelementos¹ y sustancias químicas orgánicas, y algunos patógenos. La composición de los lodos de depuradora varía considerablemente dependiendo de la composición de las aguas residuales y de los procesos de tratamiento utilizados. La Tabla 2 muestra las concentraciones medianas y del percentil 95 de nutrientes vegetales y algunos de los oligoelementos que se encuentran en los lodos de depuradora. Estos datos provienen de un estudio extenso de lodos de depuradora producidos en Pensilvania durante 1996 y 1997.
Opciones para lidiar con lodos de depuradora
Los lodos de depuradora pueden verse como un recurso orgánico y de nutrientes que debe utilizarse de forma beneficiosa o como un material de desecho que debe eliminarse. Antes de 1991, grandes cantidades de lodos de depuradora, incluidos algunos de Pensilvania, se eliminaban mediante vertimientos en el océano. Las preocupaciones sobre la carga excesiva de nutrientes en las aguas del océano llevaron a la prohibición de esta práctica. En la actualidad, casi todos los lodos de depuradora producidos en Pensilvania han sido tratados y tienen una calidad suficientemente alta como para clasificarlos como biosólidos. Algo menos de la mitad de este material se elimina mediante vertederos o incineración, mientras que los biosólidos restantes se reciclan al suelo mediante su uso en agricultura, recuperación de minas, paisajismo u horticultura. Cada una de estas opciones tiene beneficios, problemas y riesgos económicos y ambientales asociados.
Eliminación de vertederos
Desde una perspectiva de gestión y manipulación de materiales, el depósito en vertederos es quizás la solución más sencilla. Desde un punto de vista económico, el vertido de residuos actualmente se compara favorablemente con otras opciones. Sin embargo, esto sin duda cambiará a medida que el espacio de los vertederos se vuelva más limitado y las tarifas de vertedero (costos de vertido de residuos) aumenten. Desde un punto de vista medioambiental, el vertido evita la liberación de contaminantes o patógenos transmitidos por los lodos al concentrar los lodos en un solo lugar. Si el vertedero se construye y mantiene adecuadamente, los riesgos ambientales son mínimos.
Sin embargo, existen riesgos asociados con la eliminación de lodos de depuradora en vertederos. Los desechos orgánicos sufren descomposición anaeróbica en los vertederos, produciendo gas metano que podría liberarse a la atmósfera. El metano es un gas de efecto invernadero que ha sido implicado en el calentamiento global. Otros gases liberados de los vertederos pueden provocar olores desagradables. Las grandes cantidades de nutrientes que los lodos de depuradora añaden a un vertedero suponen un riesgo para el medio ambiente local. Si ocurriera una falla en el revestimiento del vertedero o en el sistema de recolección de lixiviados, estos nutrientes podrían contaminar las aguas subterráneas y superficiales locales. Los lodos de depuradora de los vertederos también ocupan un valioso espacio en los vertederos y pierden los beneficios potenciales de la materia orgánica y los nutrientes vegetales contenidos en los lodos.
imagen 8Eliminación de vertederos
Eliminación por incineración
La incineración de lodos de depuradora reduce el volumen del material a eliminar, destruye completamente los patógenos, descompone la mayoría de los productos químicos orgánicos y recupera la pequeña cantidad de valor calorífico contenido en los lodos de depuradora. La ceniza residual es un material inorgánico estable, relativamente inerte, que tiene sólo del 10 al 20% del volumen del lodo original. La mayoría de los metales traza en los lodos de depuradora se concentran en las cenizas (un aumento de concentración de cinco a diez veces). Este material suele acabar en vertederos, aunque potencialmente podría utilizarse en materiales de construcción.
La incineración también libera dióxido de carbono (otro gas de efecto invernadero) y posiblemente otros contaminantes volátiles (cadmio, mercurio, plomo, dioxinas) a la atmósfera. El funcionamiento del incinerador requiere sistemas sofisticados para eliminar las partículas finas (cenizas volantes) y los contaminantes volátiles de los gases de chimenea. Esto hace que la incineración sea una de las opciones más caras para la eliminación de lodos de depuradora. Al igual que con los vertederos, se pierden los beneficios potenciales de la materia orgánica y los nutrientes vegetales en los lodos de depuradora.
Imagen 9 Eliminación por incineración