XJY Transformación de lodos residuales en biosólidos: Un recorrido por el tratamiento de aguas residuales y más allá.
Introducción del XJY Tratamiento de lodos
Antes de 1950, la mayoría de las comunidades en los Estados Unidos vertían 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 procesar las aguas residuales se vio superada, lo que provocó el deterioro de la calidad del agua en muchas regiones. En respuesta a la preocupación por la degradación de la calidad del agua, miles de comunidades en todo Estados Unidos construyeron sistemas de tratamiento de residuos.Tratamiento de agua sistemas durante las décadas de 1950 y 1960. Esto resultó en una mejora considerable de la calidad del agua de arroyos y ríos, pero generó un nuevo problema: los lodos de depuradora. Aproximadamente el 99 % de las aguas residuales que ingresan a una planta de tratamiento se descargan como agua regenerada. El resto es una suspensión diluida de sólidos que han sido capturados por el proceso de tratamiento. Estos sólidos del tratamiento de aguas residuales se conocen comúnmente como lodos de depuradora.
imagen 1 aguas residuales
"Lodos de depuradora" o "biosólidos": ¿qué importancia tiene el nombre?
El término «biosólidos» ha sido introducido recientemente por la industria del tratamiento de aguas residuales. Esta industria define los biosólidos como lodos de depuradora que han sido sometidos a un tratamiento suficiente para su estabilización y reducción de patógenos, y que poseen la calidad necesaria para su aplicación en suelos agrícolas. El término busca distinguir los lodos de depuradora tratados de alta calidad de los lodos de depuradora crudos y de aquellos que contienen grandes cantidades de contaminantes ambientales. El término «biosólidos» también ayuda a diferenciar los lodos de depuradora de los lodos industriales, al enfatizar que los primeros se producen mediante un proceso biológico. Algunos han criticado el término por considerarlo un intento de ocultar la verdadera naturaleza de los lodos de depuradora, haciendo así que su aplicación en suelos agrícolas resulte menos objetable para el público en general. Si bien «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 establecer la distinción descrita anteriormente. En este documento, el término "lodos de depuradora" se utilizará para referirse a los sólidos del tratamiento de aguas residuales en general, y "biosólidos" se utilizará para referirse específicamente al material apto para su aplicación en terrenos agrícolas.
imagen 2 Línea de lodos de depuradora
Producción de Lodos de depuradora municipales XJY
Las aguas residuales municipales, o alcantarillado, se refieren al agua utilizada en hogares y negocios de zonas urbanas y suburbanas para lavar, bañarse y descargar inodoros. También pueden incluir aguas residuales de origen industrial. Para eliminar los productos químicos o contaminantes derivados de los procesos industriales, las empresas que vierten aguas residuales municipales deben pretratarlas antes de su descarga en el sistema de alcantarillado. Estas aguas residuales se transportan a través del sistema de alcantarillado sanitario hasta una planta de tratamiento centralizada (a veces denominada planta de tratamiento de aguas residuales de propiedad pública). En esta planta, las aguas residuales pasan por una serie de etapas de tratamiento que utilizan procesos físicos, biológicos y químicos para eliminar nutrientes y sólidos, descomponer la materia orgánica y destruir los patógenos (organismos causantes de enfermedades) presentes en el agua. El agua tratada se vierte en arroyos y ríos, o bien se rocía sobre grandes extensiones de terreno.
Imagen 3. Tratamiento de lodos de depuradora municipales.
El tratamiento preliminar de las aguas residuales brutas incluye un cribado para eliminar objetos grandes como palos, botellas, papel y trapos, y una etapa de desarenado en la que los sólidos inorgánicos (arena, gravilla, cenizas) se sedimentan rápidamente. Los residuos de cribado y la gravilla extraídos en esta etapa de tratamiento suelen depositarse en vertederos y no se incorporan a los lodos residuales.
El tratamiento primario comprende 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 se deposita durante esta etapa del tratamiento se extrae del fondo y constituye el lodo primario. En la mayoría de las plantas de tratamiento de aguas residuales, el material flotante (aceite, grasa, madera y materia vegetal) que se retira 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 presentes de forma natural para degradar (descomponer o digerir) la materia orgánica suspendida y disuelta en las aguas residuales. Esta materia se transforma en dióxido de carbono, que se libera a la atmósfera, y en biomasa microbiana.
En las balsas de sedimentación secundaria, la masa celular microbiana se deposita en el fondo y se elimina. Este material, compuesto principalmente de materia orgánica, se denomina lodo secundario.
Algunas plantas de tratamiento también incluyen etapas de tratamiento terciario diseñadas para reducir aún más los nutrientes vegetales (nitrógeno y fósforo), los sólidos en suspensión o la demanda biológica de oxígeno en las aguas residuales. La precipitación química del fósforo y la filtración producen un lodo terciario.
Finalmente, el agua se somete a un tratamiento de desinfección para eliminar los microorganismos patógenos. El agua regenerada se vierte luego en un arroyo o río, o bien se rocía sobre grandes extensiones de terreno.
Métodos de tratamiento XJY para lodos de depuradora municipales
Los lodos primarios, secundarios y terciarios se combinan normalmente, y la mezcla resultante, que contiene entre un 1 y un 4 % de sólidos, se denomina lodo de depuradora "crudo". Debido a su contenido de patógenos y a su naturaleza inestable y descomponible, el lodo de depuradora crudo representa un riesgo potencial para la salud y el medio ambiente; sin embargo, actualmente se utilizan diversos procesos de tratamiento para estabilizar el lodo de depuradora, disminuir su contenido de patógenos y aumentar su contenido de sólidos. Algunos de los procesos más utilizados para estabilizar y reducir los niveles de patógenos en el lodo 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 bien por sedimentación debida a la gravedad o bien por la introducción de aire, lo que provoca que los sólidos del lodo floten. | El lodo conserva las propiedades de un líquido, pero el contenido de sólidos aumenta a un 5 o 6%. |
| Deshidratación | Deshidratación
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| Digestión anaeróbica | Uno de los métodos más utilizados para el tratamiento de lodos. Los lodos se mantienen en ausencia de aire durante 15 a 60 días a temperaturas de entre 20 y 55 °C. Las bacterias anaeróbicas se alimentan de los lodos, produciendo 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 15 a 20 °C. Las bacterias aerobias se alimentan del lodo, produciendo dióxido de carbono. |
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| Estabilización alcalina | Se añade suficiente material alcalino, generalmente cal (CaO), al lodo para aumentar su pH a al menos 12 durante 2 horas. El pH debe mantenerse por encima de 11,5 durante 22 horas adicionales. |
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| Compostaje | Los lodos se deshidratan para aumentar su contenido de sólidos a alrededor del 20 %, y luego se mezclan con un material orgánico rico en carbono, como el aserrín. La mezcla se composta en condiciones aeróbicas a temperaturas de al menos 55 °C durante varios días. |
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¿Qué hay en lodos de depuradora¿
Los lodos de depuradora se componen de materiales inorgánicos y orgánicos, altas concentraciones de algunos nutrientes vegetales, concentraciones mucho menores de numerosos oligoelementos¹ y compuestos orgánicos, y algunos patógenos. La composición de los lodos de depuradora varía considerablemente según la composición de las aguas residuales y los procesos de tratamiento utilizados. La Tabla 2 muestra las concentraciones medianas y del percentil 95 de nutrientes vegetales y algunos de los oligoelementos presentes en los lodos de depuradora. Estos datos provienen de un extenso estudio de lodos de depuradora producidos en Pensilvania durante 1996 y 1997.
Opciones para lidiar con lodos de depuradora
Los lodos de depuradora pueden considerarse un recurso orgánico y nutritivo para su aprovechamiento o un residuo para su eliminación. Antes de 1991, grandes cantidades de lodos de depuradora, incluyendo algunos procedentes de Pensilvania, se vertían al océano. La preocupación por la excesiva carga de nutrientes en las aguas oceánicas llevó a la prohibición de esta práctica. Actualmente, casi todos los lodos de depuradora producidos en Pensilvania han sido tratados y tienen la calidad suficiente para ser clasificados como biosólidos. Algo menos de la mitad de este material se elimina mediante vertederos o incineración, mientras que el resto se recicla en el suelo para su uso en agricultura, recuperación de minas, paisajismo u horticultura. Cada una de estas opciones conlleva beneficios, problemas y riesgos económicos y ambientales.
Eliminación en vertedero
Desde la perspectiva de la gestión y el manejo de materiales, el vertido en rellenos sanitarios es quizás la solución más sencilla. Desde el punto de vista económico, actualmente resulta más ventajoso que otras opciones. Sin embargo, esto sin duda cambiará a medida que el espacio en los rellenos sanitarios se reduzca y aumenten las tarifas de vertido. Desde el punto de vista ambiental, el vertido en rellenos sanitarios evita la liberación de contaminantes o patógenos presentes en los lodos al concentrarlos en un solo lugar. Si el relleno sanitario 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 residuos orgánicos sufren descomposición anaeróbica en los vertederos, produciendo gas metano que podría liberarse a la atmósfera. El metano es un gas de efecto invernadero relacionado con el calentamiento global. Otros gases liberados por los vertederos pueden causar olores desagradables. Las grandes cantidades de nutrientes que los lodos de depuradora aportan a un vertedero representan un riesgo para el medio ambiente local. En caso de fallo del revestimiento del vertedero o del sistema de recogida de lixiviados, estos nutrientes podrían contaminar las aguas subterráneas y superficiales locales. Además, el vertido de lodos de depuradora ocupa un valioso espacio y se pierden los beneficios potenciales de la materia orgánica y los nutrientes para las plantas que contienen.
imagen 4 Eliminación en vertedero
Eliminación por incineración
La incineración de lodos residuales reduce el volumen del material a desechar, destruye completamente los patógenos, descompone la mayoría de los compuestos orgánicos y recupera el escaso poder calorífico que contienen. La ceniza residual es un material inorgánico estable y relativamente inerte que representa solo entre el 10 y el 20 % del volumen original del lodo. La mayoría de los metales traza presentes en el lodo se concentran en la ceniza (con un aumento de cinco a diez veces en su concentración). Este material suele depositarse en vertederos, aunque también 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 de una incineradora requiere sistemas sofisticados para eliminar las partículas finas (cenizas volantes) y los contaminantes volátiles de los gases de combustión. Esto convierte a la incineración en una de las opciones más costosas para la eliminación de lodos residuales. Al igual que con el vertido en rellenos sanitarios, se pierden los beneficios potenciales de la materia orgánica y los nutrientes vegetales presentes en los lodos residuales.
Imagen 5 Eliminación por incineración