XJY Transformant fangs de depuradora en biosòlids: un viatge a través del tractament d'aigües residuals i més enllà
Introducció de la XJY Tractament de fangs
Abans del 1950, la majoria de comunitats dels Estats Units abocaven les seves aigües residuals, o clavegueram, als rius i rierols amb poc o cap tractament. A mesura que augmentaven les poblacions urbanes, la capacitat natural dels rius i rierols per gestionar les aigües residuals es va veure desbordada i va provocar el deteriorament de la qualitat de l'aigua en moltes regions. En resposta a les preocupacions sobre la degradació de la qualitat de l'aigua, milers de comunitats de tot els Estats Units van construir depuradores de residus.Tractament d'aigua sistemes durant les dècades del 1950 i del 1960. Això va comportar una gran millora de la qualitat de l'aigua dels rius i rieres, però va crear un altre material amb què tractar-lo: els fangs de depuradora. Aproximadament el 99% del corrent d'aigües residuals que entra a una planta de tractament es descarrega com a aigua rejovenida. La resta és una suspensió diluïda de sòlids que ha estat capturada pel procés de tractament. Aquests sòlids del tractament d'aigües residuals s'anomenen comunament fangs de depuradora.
imatge 1 Aigües residuals
"Fangs de depuradora" o "biosòlids": què hi ha en un nom?
El terme "biosòlids" ha estat introduït recentment per la indústria del tractament d'aigües residuals. La indústria defineix els biosòlids com a fangs de depuradora que han estat sotmesos a un tractament suficient per a l'estabilització i la reducció de patògens, i que són de qualitat prou alta per ser aplicats al sòl. El terme pretén distingir els fangs de depuradora tractats d'alta qualitat dels fangs de depuradora crus i dels fangs de depuradora que contenen grans quantitats de contaminants ambientals. El terme "biosòlids" també ajuda a distingir els fangs de depuradora dels fangs industrials, emfatitzant que els primers es produeixen mitjançant un procés biològic. Alguns han criticat el terme com un intent de dissimular la naturalesa real dels fangs de depuradora, fent així que l'aplicació terrestre d'aquest material sigui menys objectable per al públic en general. Tot i que "biosòlids" sens dubte no evoca les mateixes imatges negatives que "fangs de depuradora" o simplement "fangs", és un terme legítim i funcional quan s'utilitza correctament per fer la distinció descrita anteriorment. En aquest document, "fangs de depuradora" s'utilitzarà per referir-se als sòlids del tractament d'aigües residuals en general, i "biosòlids" s'utilitzarà per referir-se específicament al material que és adequat per a l'aplicació terrestre.
imatge 2 Línia de fangs de depuradora
Producció de Fangs de depuradora municipals XJY
Les aigües residuals municipals, o clavegueram, fan referència a l'aigua que s'ha utilitzat en habitatges o negocis de zones urbanes i suburbanes per rentar, banyar-se i descarregar la cadena dels lavabos. Les aigües residuals municipals també poden incloure aigua de fonts industrials. Per eliminar productes químics o contaminants resultants dels processos industrials, els contribuents industrials als sistemes d'aigües residuals municipals han de pretractar les seves aigües residuals abans que s'aboquin al sistema de clavegueram. Les aigües residuals es transporten a través del sistema de clavegueram sanitari a una planta centralitzada de tractament d'aigües residuals (de vegades anomenada planta de tractament de propietat pública o POTW). A la POTW, les aigües residuals passen per una sèrie de passos de tractament que utilitzen processos físics, biològics i químics per eliminar nutrients i sòlids, descompondre materials orgànics i destruir patògens (organismes causants de malalties) a l'aigua. L'aigua rejovenida s'allibera a rierols i rius, o es pot ruixar sobre grans extensions de terra.
imatge 3 Tractament de fangs de depuradora municipal
El tractament preliminar de les aigües residuals sense tractar implica un cribratge per eliminar objectes grans com ara pals, ampolles, paper i draps, i una etapa d'eliminació de sorra durant la qual els sòlids inorgànics (sorra, sorra, cendres) es dipositen ràpidament fora de l'aigua. Les restes de cribratge i la sorra eliminades en aquesta etapa del tractament normalment es dipositen en abocadors i no formen part dels fangs de depuradora.
El tractament primari implica processos de sedimentació per gravetat i flotació que eliminen aproximadament la meitat del material sòlid que entra en aquesta etapa. El material sòlid (tant orgànic com inorgànic) que es sedimenta durant aquesta etapa del tractament s'extreu del fons i constitueix els fangs primaris. A la majoria de depuradores d'aigua potable (POW), el material flotant (oli, greix, fusta i matèria vegetal) que es retira de la superfície de l'aigua durant el tractament primari s'elimina per separat i no passa a formar part dels fangs primaris.
El tractament secundari és un procés biològic acuradament controlat i accelerat en què s'utilitzen microorganismes naturals per degradar (descompondre o digerir) la matèria orgànica suspesa i dissolta a les aigües residuals. Aquest material es converteix en diòxid de carboni que s'allibera a l'atmosfera i en massa cel·lular microbiana.
En les conques de sedimentació secundària, la massa cel·lular microbiana es diposita al fons i s'elimina. Aquest material, principalment orgànic, s'anomena fang secundari.
Algunes plantes de tractament també inclouen passos de tractament terciari dissenyats per reduir encara més els nutrients de les plantes (nitrogen i fòsfor), els sòlids en suspensió o la demanda biològica d'oxigen a les aigües residuals. El fòsfor precipitat químicament i la filtració produeixen un fang terciari.
Finalment, l'aigua se sotmet a un tractament de desinfecció per destruir els microorganismes patògens. L'aigua rejovenida s'allibera a un rierol o riu o es pot ruixar sobre grans extensions de terreny.
Mètodes de tractament XJY per a fangs de depuradora municipals
Els fangs primaris, secundaris i terciaris normalment es combinen, i la barreja resultant, que conté entre un 1 i un 4% de sòlids, s'anomena fangs de depuradora "crus". A causa del seu contingut de patògens i la seva naturalesa inestable i descomposable, els fangs de depuradora crus són un perill potencial per a la salut i el medi ambient; no obstant això, actualment s'utilitzen diversos processos de tractament per estabilitzar els fangs de depuradora, disminuir el seu contingut de patògens i augmentar el seu contingut de sòlids. Alguns dels processos més utilitzats per estabilitzar i reduir els nivells de patògens en els fangs de depuradora s'enumeren i es descriuen breument a la Taula 1.
| Mètode de tractament | Descripció | Efectes sobre els fangs |
| Engruiximent | Els sòlids de fangs es concentren per sedimentació a causa de la gravetat o per la introducció d'aire, la qual cosa fa que els sòlids de fangs surin. | Els fangs conserven les propietats d'un líquid, però el contingut de sòlids augmenta fins al 5 o 6%. |
| Deshidratació | Deshidratació
|
|
| digestió anaeròbica | Un dels mètodes més utilitzats per al tractament de fangs. Els fangs es mantenen en absència d'aire durant 15 a 60 dies a temperatures d'entre 20 i 50 °C. Els bacteris anaeròbics s'alimenten dels fangs i produeixen metà i diòxid de carboni. En algunes plantes de tractament, el metà es recull i es crema per mantenir la temperatura de tractament. |
|
| Digestió aeròbica | Els fangs s'agiten amb aire o oxigen durant 40 a 60 dies a temperatures d'entre 15 i 19 °C. Els bacteris aeròbics s'alimenten dels fangs i produeixen diòxid de carboni. |
|
| Estabilització alcalina | S'afegeix suficient material alcalí, més comunament calç (CaO), als fangs per augmentar-ne el pH a almenys 12 durant 2 hores. El pH ha de romandre per sobre d'11,5 durant 22 hores més. |
|
| Compostatge | Els fangs es deshidraten per augmentar el contingut de sòlids a un 20% al voltant i després es barregen amb un material orgànic amb alt contingut en carboni, com ara les serradures. La barreja es composta en condicions aeròbiques a temperatures d'almenys 59 °C durant diversos dies durant el procés de compostatge. |
|
Què hi ha a fangs de depuradora?
Els fangs de depuradora estan compostos de materials inorgànics i orgànics, grans concentracions d'alguns nutrients vegetals, concentracions molt més petites de nombrosos oligoelements¹ i productes químics orgànics, i alguns patògens. Les composicions dels fangs de depuradora varien considerablement segons la composició de les aigües residuals i els processos de tractament utilitzats. La taula 2 mostra les concentracions mitjanes i del percentil 95 de nutrients vegetals i alguns dels oligoelements que es troben als fangs de depuradora. Aquestes dades provenen d'un estudi exhaustiu dels fangs de depuradora produïts a Pennsilvània durant el 1996 i el 1997.
Opcions per afrontar fangs de depuradora
Els fangs de depuradora es poden considerar com un recurs orgànic i nutritiu que es pot utilitzar de manera beneficiosa o com un material de rebuig que s'ha d'eliminar. Abans del 1991, grans quantitats de fangs de depuradora, inclosos alguns de Pennsilvània, s'eliminaven mitjançant abocaments al mar. La preocupació per l'excés de càrrega de nutrients a les aigües oceàniques va portar a la prohibició d'aquesta pràctica. Actualment, gairebé tots els fangs de depuradora produïts a Pennsilvània han estat tractats i tenen una qualitat prou alta per ser classificats com a biosòlids. Una mica menys de la meitat d'aquest material s'elimina mitjançant abocadors o incineració, mentre que els biosòlids restants es reciclen al sòl mitjançant el seu ús en agricultura, recuperació de mines, paisatgisme o horticultura. Cadascuna d'aquestes opcions té beneficis, problemes i riscos econòmics i ambientals associats.
Eliminació d'abocadors
Des d'una perspectiva de gestió i manipulació de materials, l'abocament de residus és potser la solució més senzilla. Des d'un punt de vista econòmic, l'abocament de residus actualment es compara favorablement amb altres opcions. Tanmateix, això sens dubte canviarà a mesura que l'espai dels abocadors esdevingui més limitat i les taxes d'abocament (costos d'abocament de residus) augmentin. Des d'un punt de vista ambiental, l'abocament de residus evita l'alliberament de contaminants o patògens transmesos pels fangs concentrant-los en un sol lloc. Si l'abocador es construeix i es manté correctament, els riscos ambientals són mínims.
Tanmateix, hi ha riscos associats a l'eliminació de fangs de depuradora en abocadors. Els residus orgànics es descomponen anaeròbicament als abocadors, produint gas metà que es podria alliberar a l'atmosfera. El metà és un gas d'efecte hivernacle que s'ha vist implicat en l'escalfament global. Altres gasos alliberats pels abocadors poden causar olors desagradables. Les grans quantitats de nutrients que els fangs de depuradora afegeixen a un abocador representen un risc per al medi ambient local. Si es produeix una fallada del revestiment de l'abocador o del sistema de recollida de lixiviats, aquests nutrients podrien contaminar les aigües subterrànies i superficials locals. Els fangs de depuradora dels abocadors també ocupen un valuós espai a l'abocador i perden els beneficis potencials de la matèria orgànica i els nutrients vegetals dels fangs.
imatge 4 Eliminació d'abocadors
Eliminació per incineració
La incineració de fangs de depuradora redueix el volum del material que s'ha d'eliminar, destrueix completament els patògens, descompon la majoria de productes químics orgànics i recupera la petita quantitat de valor calorífic que contenen els fangs de depuradora. Les cendres residuals són un material inorgànic estable, relativament inert, que només té entre un 10 i un 20% del volum original dels fangs. La majoria dels metalls traça dels fangs de depuradora es concentren a les cendres (un augment de concentració de cinc a deu vegades). Aquest material es destina més habitualment a abocadors, tot i que potencialment es podria utilitzar en materials de construcció.
La incineració també allibera diòxid de carboni (un altre gas d'efecte hivernacle) i possiblement altres contaminants volàtils (cadmi, mercuri, plom, dioxines) a l'atmosfera. El funcionament de la incineradora requereix sistemes sofisticats per eliminar les partícules fines (cendres volants) i els contaminants volàtils dels gasos de xemeneia. Això fa que la incineració sigui una de les opcions més cares per a l'eliminació de fangs de depuradora. Igual que amb els abocadors, es perden els beneficis potencials de la matèria orgànica i els nutrients vegetals dels fangs de depuradora.
Imatge 5 Eliminació per incineració