41_ESTUDIO DE LODOS DE DEPURADORA (1).pdf

PREINFORME ESTUDIO DE VALORIZACIÓN DE LODOS DE ESTACIONES DEPURADORAS DE AGUAS RESIDUALES URBANAS (L.E.D.A.R.U.) MUNICIPIO DE LAS PALMAS DE G.C.

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VALORIZACIÓN DE LOS LODOS DE ESTACIONES DEPURADORAS DE AGUAS RESIDUALES URBANAS

ÍNDICE ÍNDICE ........................................................................................................................................ 1  I-INTRODUCCIÓN .................................................................................................................... 4  1.1. Definición y origen de los lodos de depuradoras. ......................................................... 4  1.2. Sistemas de depuración. ................................................................................................ 5  1.3. Tratamientos de lodos de depuración. ........................................................................ 10  1.4. Ratio de cuantificación. .............................................................................................. 12  1.5. Histórico de las E.D.A.R............................................................................................. 14  II-ESTADO DEL ARTE .......................................................................................................... 20  2.1. Producción .................................................................................................................. 20  2.1.1. Proceso de producción de los lodos. ............................................................ 20  2.1.2. Composición ..................................................................................................... 22  2.1.3.  Situación actual y perspectivas................................................................. 24  2.2. Los L.E.D.A.R.U. respecto al medio ambiental ......................................................... 33  2.3. Problemática de los L.E.D.A.R.U. en otros países. Resolución. ................................ 37  2.3.1 Países miembros de la Unión Europea. ........................................................ 37  2.4. Contemplación de los L.E.D.A.R.U. según normativas ............................................. 41  2.5. Técnicas de gestión de L.E.D.A.R.U. empleadas. ...................................................... 45  2.5.1- TÉCNICAS DE REDUCCIÓN. ....................................................................... 46  2.5.1.1.- PROCESO DE REACTOR BIOLÓGICO DE MEMBRANA CON CATALIZADOR,  

CMBR. 46 

2.5.1.2.- PROCESO ULTRAFILTRACIÓN EN BIO-REACTOR DE MEMBRANA. UF-MBR

48 

2.5.1.3.- PROCESO DE OZONÓLISIS.

52 

2.5.1.4.- PROCESO DE HIDRÓLISIS TÉRMICA.

54 

2.5.1.5.- PROCESO MECÁNICOS. ULTRASONIDOS.

56 

2.5.1.6.- PROCESO DE OXIDACIÓN HÚMEDA. ( W.O. ,ATHOS, Aqueous Thermal Oxidation  

of

Sludge)

59 

2.5.1.7.- PROCESO DE OXIDACIÓN AGUA SUPERCRÍTICA.

61 

2.5.1.8.- PROCESOS TÉRMICOS. SECADO TÉRMICO, INCINERACIÓN, PIRÓLISIS Y VITRIFICACIÓN.

64  GIAYE

1

2.5.1.8a PROCESO DE SECADO TÉRMICO.

66 

2.5.1.8b- PROCESO DE INCINERACIÓN.

69 

2.5.1.8c- PROCESO DE PIRÓLISIS.

75 

2.5.1.8d.- PROCESO DE GASIFICACIÓN.

77 

2.5.2.- TÉCNICAS DE RECUPERACIÓN DE NUTRIENTES. ............................ 78  2.5.2.1. TECNOLOGÍA SEABORNE. 78  2.5.2.2. TECNOLOGÍA CAMBI.

79 

2.5.2.3. TECNOLOGÍA KEPRO.

81 

2.5.2.4. TECNOLOGÍA CRISTALIZACIÓN DE LA ESTRUVITA.

83 

2.5.2.5. TECNOLOGÍA DE TERMO-CONVERSIÓN A BAJA TEMPERATURA. LTC.

85 

2.5.3.- TÉCNICAS DE VALORIZACIÓN. ................................................................ 88  III-ANÁLISIS DE LAS TÉCNICAS DE VALORIZACIÓN DE LOS L.E.D.A.R.U. ........ 92  3.1. Catálogo de técnicas tradicionales de valorización. ................................................... 92  3.2. Catálogo de técnicas innovadoras de valorización. .................................................... 92  ANEXO ESQUEMAS .............................................................................................................. 93  IV-LÍNEAS DE ACTUACIÓN POSIBLES......................................................................... 113  SISTEMAS DE MBR CON MÓDULO EXTERNO ....................................................... 113  PLANTA PILOTO UF+MBR CON MEMBRANAS EXTERNAS ............................... 117  COSTES DE CAPITAL PARA SISTEMAS MBR DESARROLLADOS ACTUALMENTE ............................................................................................................... 119  COSTES DESGLOSADOS DE MANTENIMIENTO Y OPERACIÓN PARA DESARROLLADO SISTEMA MBR............................................................................... 120  SUMA DE COSTES, $/KGAL PARA SISTEMA MBR DESARROLLADOS ACTUALMENTE. .............................................................................................................. 121  BIBLIOGRAFÍA..................................................................................................................... 122 

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ANTECEDENTES El agua, como bien escaso, es necesario reducir su consumo, utilizarla en la cantidad y calidad adecuadas al uso correspondiente y reutilizar el agua consumida. Esta necesidad de reutilización conlleva la depuración de las aguas residuales. El caudal de agua residual urbana, en la mayoría de los núcleos poblacionales, está constituido por la agrupación de las aguas residuales procedentes del alcantarillado municipal, de las industrias asentadas en el casco urbano y de las aguas de lluvia que son recogidas por el alcantarillado. En la isla de Gran Canaria para el año 2008, se estima un caudal de depuración del 67,5 hm3/año, según datos del Consorcio Insular de Aguas de Gran Canaria [1]. Este volumen de agua llega a las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (E.D.A.R.) a través de colectores. La presencia de tipos de contaminantes muy variados en las aguas residuales urbanas obliga a realizar tratamientos específicos de las mismas. Estos tratamientos son de tipo mecánico, biológico y físico-químico, y componen el tratamiento previo, tratamiento primario, tratamiento secundario y el tratamiento terciario como complementario. Aunque antes de un determinado tratamiento terciario, se han de definir los usos dispensados a los cauces receptores de estas aguas. Cuando las aguas residuales a depurar afectan a zonas sensibles, se ha de realizar un tratamiento más riguroso y específico, en función de la causa que ha establecido la sensibilidad de la zona. Además se deben desinfectar previamente a su vertido o reutilización. Una vez llevados a cabo estos tratamientos, las aguas depuradas se verterán a los cauces de los ríos o en el mar con unos parámetros de calidad óptimos. Después de obtener el caudal de agua depurada, 78 % del agua residual urbana en G.C., el ciclo de la depuración de aguas residuales urbanas se cierra contemplando una serie de residuos generados por el proceso de depuración. Dichos residuos de las E.D.A.R. son denominados los fangos o lodos de depuración. Siendo estimada para Gran Canaria en el año 2008, una producción de fangos de depuración de 77106 ton al 26% materia seca /año. A nivel estatal, la producción de lodos ha superado el millón de toneladas de materia seca apuntado por el ministerio de medio ambiente medio rural y medio marino. [8] El lodo obtenido directamente del tratamiento de las aguas residuales presenta un alto contenido en compuestos de diferente toxicidad, agentes patógenos y un contenido en sólidos muy bajo, entre un 0.12 y un 25 %, dependiendo de las condiciones de operación. Por estos factores es de gran importancia medioambiental, sanitaria e incluso por su potencial lucrativo al revalorizarlos, que debido al gran volumen generado y su nivel tóxico innato, el destino final de los lodos de depuradora sea la aplicación de tratamientos de espesamiento, estabilización y deshidratación (incluyendo secado). Posteriormente a través de una serie de técnicas y adaptaciones permitirán la reutilización de los mismos en distintos campos, provocando la consecuente valorización de los lodos de depuradoras.

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I-INTRODUCCIÓN

1.1. Definición y origen de los lodos de depuradoras. Siendo en general denominados lodos, los residuos semisólido proveniente de un sistema de tratamiento de aguas. Los lodos de depuradora denominados también fango o biosólido se definen, expresado en la Directiva 91/271/CEE referente a tratamiento de aguas residuales urbanas, como lodo, tratado o no, procedente de una estación depuradora de aguas residuales urbanas (E.D.A.R.), siendo estas aguas de origen doméstico o mezclas de aguas residuales domésticas con aguas residuales industriales y/o agua de correntía pluvial. El origen de los lodos es debido a la composición de subproductos recogidos en las diferentes etapas de descontaminación de las aguas residuales. Resulta de un proceso de acumulación consecutiva de tres fenómenos combinados como son la producción de microorganismos, la acumulación de materias en suspensión y la acumulación de materias orgánicas no biodegradables en las condiciones de trabajo. Se caracterizan por: > Materia orgánica: 60-80% > Materia inerte: 40-20% > Sequedad: 20-30% > Nitrógeno: 3-5% > Escaso contenido en macroelementos (P y K) > Presencia de metales pesados (Cd, Cu, Ni, Pb, Zn, Hg, Cr) > Microorganismos patógenos: bacterias, parásitos intestinales y virus Además destaca en los lodos, la fuerza con la que el agua está ligada a la materia seca que contienen, así una parte del agua se presenta como agua libre, pero la mayoría del agua adicional requiere de fuerzas externas para ser eliminada. Podemos distinguir dos grandes tipos de lodos, los lodos urbanos y los lodos industriales. Los lodos urbanos generados durante el tratamiento de las aguas residuales de origen doméstico. Poseen un contenido en materia volátil elevado (70% de la materia orgánica seca). Respecto a la cuantía de producción, se parte de la estimación de que un habitante produce entre 15-20 Kg. de materia seca/año (0,2 Kg. de MS/m3 de agua depurada). Los lodos industriales son generados en el tratamiento de las aguas industriales y caracterizados por la naturaleza de las actividades industriales provenientes como las industrias agroalimentarias producen lodos orgánicos, a diferencia otros lodos industriales son esencialmente minerales y contienen elementos traza metálicos (lodos hidróxidos) u orgánicos. Su producción alcanza los mismos niveles que la de los lodos urbanos.

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1.2. Sistemas de depuración. Los lodos de las estaciones depuradoras son recogidos durante las etapas de depuración del afluente recibido, acción en la cual es eliminada la contaminación e impurezas incorporadas en dichas aguas residuales. Las aguas residuales según la calidad del abasto de la cual se parte y dependiendo del uso, condicionan el nivel y tipo de tratamiento al que deben someterse. Así como varía la calidad también son variables los sistemas de depuración. Los procesos que intervienen en los sistemas de depuración podemos clasificarlos atendiendo al procedimiento aplicado, como procesos físicos, procesos químicos, procesos biológicos y actualmente se combinan en procesos físico-químicos. Así se aplican procesos físicos como: -

Desbastes por rejillas o filtración mecánica.

-

Desengrasado, retirada de aceites, grasas, hidrocarburos y elementos flotantes en el agua.

-

Decantación: En este tratamiento se facilita la precipitación de materias en suspensión cuyo diámetro sea inferior a 0,2 mm.

-

Flotación, eliminado materias en suspensión por menor densidad respecto al agua.

-

Adsorción, suprimiendo los microcontaminantes, color, fenoles, etc...

Procesos Químicos como son los formados por: -

Oxidación

-

Floculación y coagulación, realizadas cuando existen problemas de sedimentación de las partículas en suspensión.

-

Neutralización para variar el ph.

-

Intercambio iónico.

-

Reducción.

Procesos Biológicos, consisten en el consumo de matera orgánica contenida en las aguas de desecho y de una parte de las materias nutriente (nitrógeno y fósforo), por parte de los microorganismos, ya presentes en dichas aguas. Son procesos como: -

Fangos activos

-

Lechos bacterianos

Procesos Físico-Químicos, tales como: -

Floculación, adición de agentes floculantes orgánicos e inorgánicos, permite la

aglomeración en flóculos decantables de las pequeñas partículas de materias en suspensión y materias coloidales y la correspondiente decantación de las mismas. -

Flotación y electrólisis, procedimiento que produce la subida a superficie de las materias en suspensión y con la electrólisis se desprende el hidrógeno en el cátodo o de oxígeno en el ánodo.

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Luego los sistemas de depuración clasificados según la agrupación de técnicas más convenientes en función del volumen de caudal a tratar, sectorizamos en sistemas naturales, sistemas no convencionales y sistemas de depuración convencional. SISTEMAS DEPURACIÓN DE LA NATURALEZA La naturaleza una vez contaminada a niveles inferiores a la saturación de su capacidad de regeneración, tiene su propio sistema de depuración de agua, aunque en unos límites de contaminación muy escuetos que son ampliamente sobrepasados por el volumen de depuración de las aguas residuales urbanas actuales. En el fenómeno de autodepuración de la naturaleza intervienen principios físicos, químicos y biológicos, bastante complejos [5]. Procesos físicos: - Sedimentación. - Flotación Procesos químicos y biológicos: - Microorganismos vivos utilizan la materia orgánica en su proceso metabólico, transformándola en materia viva o llegando a flocularla, permitiendo su sedimentación posterior en caso de alcanzar la densidad suficiente.

SISTEMAS NO CONVENCIONALES. Los sistemas no convencionales son aquellas técnicas de depuración que suponen un ahorro con respecto a los métodos tradicionales ya sea desde el punto de vista económico, energético o ambiental. Los procesos se desarrollan en un único reactor-sistema, multivariable, a velocidades similares a los procesos naturales. Encuentran un campo de aplicación muy adecuado en los pequeños y medianos caudales a depurar como son el caso necesario de los pueblos y municipios pequeños. Los sistemas de depuración no convencional presentan esta adecuación debido a eliminar patógenos con un rendimiento bueno, facilidad de operación y mantenimiento, además de una buena integración en los medios rurales. La experiencia demuestra que son sistemas que se están implantando porque son buena alternativa a los sistemas convencionales de depuración en los casos de depuración nombrados.

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Estas tecnologías podemos catalogarlas [7] como:

¾ Sistemas por aplicación al terreno Procesos de aplicación superficial - FILTROS VERDES (BAJA CARGA) - INFILTRACIÓN RÁPIDA - RIEGO SUPERFICIAL

Procesos de aplicación subsuperficial - ZANJAS FILTRANTES - LECHOS FILTRANTES - POZOS FILTRANTES - FILTROS INTERMITENTES DE ARENA Humedales Artificiales - FLUJO VERTICAL U HORIZONTAL - APLICACIÓN: Superficial o subsuperficial

¾ Lagunajes - NATURALES - AERÓBICOS - ANAERÓBICOS - FACULTATIVOS - DE MADURACIÓN

¾ Filtros de Turba

¾ Procesos de biopelícula - LECHOS BACTERIANOS - CONTACTORES BIOLÓGICOS ROTATIVOS (C.B.R.): • BIODISCOS

7

•

BIOCILINDROS

¾ Combinaciones de tecnología

SISTEMAS CONVENCIONALES. Los sistemas convencionales son aquellas técnicas de depuración cuyos procesos transcurren de forma secuencial, en tanques y reactores independientes a velocidades altas. Además de conllevar un considerado aporte de energía externa y de infraestructuras pero son las capacitadas para depurar elevadas cargas a depurar como es el caso de las ciudades. Desde el punto de vista del rendimiento alcanzado por los procesos de depuración, podemos agrupar en las fases siguientes: ¾ Pretratamiento o tratamiento previo, constituido por un conjunto de elementos estáticos o dinámicos que permitan eliminar los sólidos gruesos de gran tamaño y finos como la arena. Consta del enrejado o paso del afluente por barrotes que retenga material arrastrado, el desarenado o eliminación de arenas y gravillas y el desaceitado o desengrasado, que suprime los materiales flotantes. Llegan a un rendimiento del 90-95 % y dichos tratamientos son denominados: - Desbaste o Criba - Dilacelarión - Desarenado ¾ Tratamiento primario, son el proceso o conjunto de procesos que a través de medios físicos tienen por función separar las partículas en suspensión y diversos no retenidos en el pretratamiento. Consigue un rendimiento de eficiencia de eliminación variado desde el 50% al 95%, según el proceso [3]. Este tratamiento formado por elementos de decantación en obras de hormigón, decantadores primarios, de los lodos que se almacenan en un pozo; mientras la materia flotante se desespuma, con agentes de floculación se eleva la eficacia, por lo cual se utiliza aquí un medio químico. Los procesos componentes de esta fase son: - Sedimentación

(50-70 %)

- Floculación

(70-80 %)

- Filtración

(70-90%)

- Flotación

(80%)

- Separación de grasas y aceites (90-95%)

8

¾ Tratamiento secundario, este tratamiento disminuye la demanda bioquímica de oxígeno (D.B.O.) de las aguas residuales, al emplear procesos de oxidación biológica, se refieren a este tratamiento secundario como tratamiento biológico. Elimina el contaminante de materia biodegradable con rendimientos variables desde el 30% al 90%, según el proceso. Se favorece el ataque bacteriano a las materias contaminantes que viven en el medio. Puede realizarse por la técnica de lechos bacterianos, en la cual las bacterias están unidas a un soporte fijo, habitualmente poroso, por los que va pasando el agua. O por la técnica de lodos activados, donde las bacterias atacantes se concentran en copos suspendidos en el agua y actúan los discos biológicos girando a poca velocidad en cubas que contienen el agua residual. Se ventila inyectando aire o agitándola por medio de turbinas o cepillos rotatorios. Luego se realiza una decantación que separa los lodos, una parte de ellos vuelve a al estanque de aireación anterior para mantener la población bacteriana a nivel elevado. Los procesos biológicos como: - Balsas de estabilización

(30-40%)

- Lagunas de aireación

(40-60%)

- Filtros biológicos

(50-60%)

- Lodos activos

(70-90%)

¾ Tratamiento terciario, cuando el vertido tiene lugar en una zona protegida, es necesario que tenga unas determinadas concentraciones. Por ello se realiza tratamientos de eliminación de la demanda biológica de oxígeno (D.B.O.) y la demanda química de oxígeno (D.Q.O.) residuales, eliminar los gérmenes patógenos introduciendo desinfectantes y sobretodo, eliminar los nitratos y los fosfatos. Son tratamientos físicos y químicos especializados, dependen del tipo de contaminante a erradicar. Específicamente eliminan los compuestos nitrogenados, fósforos, materia orgánica e inorgánica, gérmenes patógenos, metales pesados, fluoruros, cianuros y sulfuros. Son costoso y de elevado rendimiento de eficiencia, alrededor del 90%. Estos tratamientos son: - Eliminación de N: • • • • • - Eliminación de P: • • •

Cloración Nitri-desnitrificación Cultivo de algas Intercambio iónico Arrastre Precipitación Intercambio iónico Biológica

- Adsorción - Tecnología de membranas

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- Desinfección - Cloración - Ozonización - Específicos - Precipitación - Coagulación-Floculación - Oxidación química avanzada; POA (AOP) Resumiendo podemos englobar los sistemas de depuración en: •

Sistemas modernos (lechos bacterianos, C.B.R., aireación prolongada)

•

Sistemas tradicionales (lagunas)

•

Pequeños sistemas de tratamiento (filtros, fosas sépticas, etc.)

Los sistemas modernos generan más lodos pero garantizan una mejor calidad del agua y usan poca área. Los sistemas tradicionales generan poco lodo, usan mucha área y garantizan la calidad del agua depurada siempre y cuando se cumplan todas las especificaciones. Los terceros son para pequeñas poblaciones.

1.3. Tratamientos de lodos de depuración. Los lodos recolectados durante el tratamiento de las aguas residuales deben ser a su vez tratados para su posterior aprovechamiento o eliminación. Estos tratamientos son necesarios debido a que los lodos presentan un elevado volumen de generación, contenido en compuestos tóxicos, agentes patógenos y bajo contenido de materia sólida. Estos factores citados dificultan la eliminación y aprovechamiento de los lodos, por ello se aplica diferentes tratamientos convencionales. Los tratamientos intentan reducir la materia orgánica, el volumen de los lodos y los patógenos, pudiendo realizarse varios tipos de tratamiento: Concentración y vertido sobre lechos de secado. Concentración y paso a través de filtros-prensa, filtros de vacío, filtros bandas o centrifugadoras. Recuperación del coagulante por acidificación y tratamiento de los fangos residuales neutralizados en filtros de vacío, filtros-prensa o centrifugadoras. Existen muy diversos tipos de tratamientos para lodos que se indican en el próximo apartado de técnicas de gestión de lodos. Aunque como en el tratamiento convencional, podemos distinguir las siguientes etapas en las líneas de lodos de las E.D.A.R.: ¾ Espesamiento, homogeniza los lodos procedentes de los diferentes decantadores de las EDAR, y tiene como fin reducir el volumen de lodos que debe tratarse con

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posterioridad. Mejorando por tanto, la eficacia de los digestores

del siguiente

tratamiento de digestión. Por ello, se incrementa la concentración de sólidos utilizando procesos físicos como son el espesado por gravedad, espesado por flotación y la centrifugación. ¾ Estabilización. Los lodos se estabilizan para reducir los patógenos, eliminar olores desagradables e inhibir, reducir o eliminar su potencial de putrefacción. Estos objetivos están unidos a los efectos que tiene la operación o proceso de estabilización sobre la parte volátil u orgánica del lodo. Existen tres métodos principales de estabilización de los lodos:

- digestión, - inertización básica - tratamiento por calor.

¾ Deshidratación y secado. En la deshidratación se suprime parte del agua contenida en los flóculos y el secado elimina el agua de adsorción y de constitución. Al reducir el contenido de agua de los lodos podemos optar por procesos físicos como el secado mecánico, el secado térmico y las eras de secado. De estos tratamientos de los LD específicamente aplicados en la práctica a EDAR nacionales [12] son los siguientes: o

Digestión anaerobia mesofílica con o sin aprovechamiento energético

o

Digestión anaerobia mesofílica con o sin aprovechamiento energético del metano seguida en algunos casos de compostaje y en otros de secado térmico, que puede ser seguido en algún caso por la incineración.

o

Estabilización aerobia con o sin compostaje posterior

o

Estabilización química

o

Deshidratación y compostaje

o

Deshidratación y secado térmico

o

Deshidratación, secado térmico y compostaje

o

Secado térmico e incineración

o

Secado térmico y co-incineración en cementeras

Existen muchas depuradoras, sobretodo pequeñas donde los LD se someten

a un

almacenamiento prolongado como forma de tratamiento, en vez de enviarlos a plantas más grandes para su tratamiento conjunto con otros LD. Habitualmente tienen lugar varios tratamientos encadenados, no siempre necesarios y pudiendo causar más perjuicio, se debe realizar variaciones precisas que mejoren la eficacia de los tratamientos. Las medidas adoptadas en este sentido desembocarán en una mejor gestión y en su abaratamiento.

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1.4. Ratio de cuantificación. Un ratio de producción de lodos indica la cuantificación en kilogramos de materia seca existente en el lodo por m3 de agua depurada que se trata, se expresa por tanto como “Kg de M.S. /m3 A.D”. La estimación de producción por habitante de 0.2. Kg de materia seca por m3 de agua depurada. Otro ratio de producción de lodos es indicar los gramos de materia seca retenidos en el lodo por gramos de demanda biológica de oxígeno eliminada en el tratamiento, y se expresa como “g MS/g DBO eliminada”. Datos de Gran Canaria cuantificados según el ratio de (ton al 26% de MS/año) [1]

Evolución y estimación de la producción de lodos de depuración. AÑO

GRAN CANARIA Prod. fango deshidr. (74% agua). (ton (ton 26% ms/año) m.s./año)

Incremento %

2000

30842,308

8019,000

2004

46263,461

12028,500

33,33

2008

77105,769

20047,500

40,00

2012

86358,461

22453,200

10,71

TABLA 1._ EVOLUCIÓN Y ESTIMACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE LODOS DE E.D.A.R. DE LA ISLA DE GRAN CANARIA POR CUATRIENIOS. FUENTE: Elaboración propia a partir de los datos facilitados por el Consejo Insular de Aguas de Gran Canaria

Los datos de la tabla 1 se muestran representados en la gráfica contigua, donde observamos un incremento de la producción de lodos del 33,33% entre los años 2000 al 2004. Así como una evolución de producción de lodos del 40% desde el año 2004 al 2008, suponiendo esta evolución una ampliación del 8% respecto al total de la producción de lodos entre los cuatrienios sucesivos. Además las estimaciones de producción de lodos al 26% de M.S. para la isla de Gran Canaria, son de un incremento del 10,71% para el próximo cuatrienio, periodo que abarca

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desde el 2008 al 2012.

EVOLUCIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE LODOS DE EDAR EN G.C.

Ton al 26% M.S./ Año 25000

22453,200

20000

20047,500

15000

12028,500 10000

8019,000 5000

0 2000

2004

2008

2012

AÑOS

PRODUCCIÓN DE LODOS DE EDAR

GRÁFICA 1._ EVOLUCIÓN Y ESTIMACIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE LODOS DE E.D.A.R. DE LA ISLA DE GRAN CANARIA. FUENTE: Elaboración propia a partir de los datos facilitados por el Consejo Insular de Aguas de Gran Canaria

Los datos de la evolución y estimación prevista respecto al volumen de agua depurada en la isla de Gran Canaria desde el año 2000 al 2012 [1], se indican en la tabla.

Evolución y estimación del agua depurada en Gran Canaria

AÑO 2000 2004 2008 2012

(hm3/año) 27 40,5 67,5 75,6

TABLA 2._ EVOLUCIÓN Y ESTIMACIÓN DEL VOLUMEN DE AGUA DEPURADA POR LAS E.D.A.R. DE LA ISLA DE GRAN CANARIA.

Según los datos de la tabla 2, su representación gráfica se presenta a continuación. Como podemos apreciar el volumen en hm3 de agua residual depurada se ha duplicado en ocho años desde el 2000 al 2008. Además se ha estimado que el volumen de agua residual depurada se triplique en el 2012 respecto inicial del 2000 y se incremente en el periodo 2008 al 2012 en un 10,71 % como la producción de lodos, pues es un dato proporcional al anterior.

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EVOLUCIÓN DE LA DEPURACION DE EDAR EN G.C.

hm3 DE AGUA DEPURADA

80

75,600

70

67,500 60 50

40,500

40 30

27,000 20 10 0 2000

2004

AGUA DEPURADA EN EDAR

2008

2012

AÑOS

GRÁFICA 2._ EVOLUCIÓN Y ESTIMACIÓN DEL VOLUMEN DE AGUA DEPURADA POR LAS E.D.A.R. DE LA ISLA DE GRAN CANARIA. FUENTE: Elaboración propia a partir de los datos facilitados por el Consejo Insular de Aguas de Gran Canaria

1.5. Histórico de las E.D.A.R. El 5 de abril de 1974, el Plan de Infraestructural Hidráulico-Sanitario para la ejecución de alcantarillado, depuración de aguas residuales, abastecimiento y distribución de agua potable en la isla de Gran Canaria fue aprobado técnicamente por el Ministerio de Obras Públicas y Urbanismo (MOPU). La depuración en Gran Canaria surge inicialmente como respuesta a las necesidades del proceso sanitario para salvar de la contaminación el acuífero, los barrancos y la costa pero se transforma en el centro de producción de agua por reutilización del efluente en determinado nivel de calidad demandado. La primera EDAR construida dentro de este plan fue la de Artenara [10]. Las obras comenzaron el 11 de febrero de 1977 y concluyeron el 11 de febrero de 1978. En diciembre de 1980 se contrataron las EDAR de Firgas, San Mateo, Aldea de San Nicolás, Tejeda, Valsequillo, Santa Brígida, Santa Lucía, Valleseco y Tenteniguada. El inconveniente de no disponer por parte de los ayuntamientos de terrenos para ceder al MOPU hizo que se rescindiera la ejecución de las obras ya contratadas correspondientes a Santa Brígida, Santa Lucía, Valsequillo y Tenteniguada. Debido al crecimiento de la población de sus términos municipales, Santa Brígida y Valsequillo procedieron a conectar sus aguas residuales a las redes de Las Palmas y Telde, respectivamente.

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A finales de 1982 se contrataron las EDAR de Telde y un conjunto de cinco E.D.A.R. para Las Palmas a construir en Tenoya, Tamaraceite, Tafira, El Toscón y La Calzada, mientras que los colectores de Tafira y El Toscón se vierten en Barranco Seco. En los años siguientes, la mayoría entre 1986, 1987 y 1988, el Gobierno canario realizó la mayor inversión pues no sólo contrató nueve EDAR sino que éstas, al corresponder a núcleos poblacionales mayores o a unión de varios núcleos exigieron un incremento considerable de los presupuestos. Las EDAR contratadas en esos años fueron, por orden cronológico, las de Agaete, Arucas y Bañaderos, Guía-GáIdar, Sureste, El Tablero, Moya y Barranco Seco II. La experiencia pionera en reutilización de aguas para la agricultura tuvo lugar en el año 1970 con la instalación de la primera estación depuradora de aguas residuales de Las Palmas de Gran Canaria, la E.D.A.R. Barranco Seco I localizada en la subida de la carretera general de Tafira. [11] La historia de la E.D.A.R. de Barranco Seco I es de obras que finalizaron en 1967 y actualmente la explota EMALSA. Los caudales depurados se elevaban al Fondillo para su reutilización. Dado el estado de la planta y las características de las aguas residuales del término, hubo de reducirse el caudal a depurar de los 300 l/s previstos a los 150 l/s. Incluso se produce una nula aportación debido a la falta de acometida domiciliaria y a la desviación del caudal a la depuradora de La Tornera. Datos iniciales de EDAR Barranco Seco I: Población afectada: 100.000 habitantes Caudal teórico: 25.920 m3/día Caudal real: 12.960 m3/día Presupuesto construcción: 1202067,556 € La EDAR de Tafira cuya recepción definitiva se produjo el 29 de agosto de 1988, tiene los siguientes datos de inicio de funcionamiento: Población afectada: 4.505 habitantes de Tafira Alta, Tafira Baja y El Fondillo Caudal teórico: 720 m3/día Caudal real: 0 m3/día Presupuesto construcción: 450956,37 € Respecto a la EDAR de Tamaraceite con recepción definitiva el 29 de agosto de 1988 y se hizo entrega al Ayuntamiento. Parada inicialmente y con unos datos de partida iniciales siguientes: Población prevista:

12.000 habitantes de Los Giles, Hoya Andrea, Los Frailes, Majadilla, Las Mesas, Piletas, San Lorenzo, La Suerte, Tamaraceite, El Toscón y Almatriche.

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Población afectada: 13814 habitantes Caudal teórico:

1440 m3/día

Caudal real:

1000 m3/día

Presupuesto construcción:

901512.738 €

La EDAR de Tenoya cuyos datos históricos indican que se realizo la recepción definitiva el 29 de agosto de 1988. Se hizo entrega al Ayuntamiento. Luego fue parada y pendiente de EMALSA dispusiera su funcionamiento. Con un caudal afluente inferior al previsto debido a desviaciones clandestinas para riego y cargas puntuales de alta contaminación debido a una granja porcina cercana. El agua de Costa Ayala se elevó mediante una impulsión iniciada en las inmediaciones del Matadero Municipal. No se preveía un gran aumento de población por lo que la planta tuvo capacidad inicial de suficiente. Población afectada: 4.014 habitantes de Tenoya, Casa Alaya y Costa Alaya Caudal teórico:

720 m3/día

Caudal real:

150 m3/día

Presupuesto construcción:

450756,37 €

La EDAR de Barranco Seco II fue planteada con una relación de caudales de 37.000 m3/día, horizonte de depuración en el término municipal de Las Palmas en el momento y ésta es la capacidad de Barranco Seco II que deja en reserva la capacidad de Barranco Seco I. Con las actuaciones anteriormente indicadas, las E.D.A.R. de Las Palmas de Gran Canaria [1] conformaron el siguiente conjunto de instalaciones y las producciones teóricas y reales que desarrollan; Denominación

Bco. Seco I Bco. Seco II La Tornera Tafira Tamaraceite

Producción teórica (m3/día) 17.400 34.800 300 720 5.000

Producción real (m3/día) 20.000 300 350 1.440

TABLA 3._ INVENTARIO DE LAS ESTACIONES DEPURADORAS DE AGUAS RESIDUALES DE L.P.G.C. FUENTE: Elaboración propia a partir de los datos facilitados por el Consejo Insular de Aguas de Gran Canaria

El Consorcio Insular de Aprovechamiento de Aguas Depuradas inicialmente encargado de las tareas de funcionamiento y mantenimiento de las plantas depuradoras, también realizaba la reutilización del agua de la mayor parte de las depuradoras que gestionaba, y actualmente responsabilidad del Consejo Insular de Aguas de Gran Canaria. Su objetivo era la reutilización del agua depurada como fuente alternativa de agua, para

16

contribuir a reducir el déficit hídrico existente y disminuir la sobreexplotación del acuífero y la contaminación del litoral de la isla. El consejo Insular de Aguas de Gran Canaria, organismo dependiente del Cabildo de Gran Canaria, gestiona las depuradoras y la red de distribución de agua depurada. En el caso del agua depurada procedente de las EDAR se distribuye a través de las distintas canalizaciones hasta las instalaciones de riego. Actualmente existen varias redes de distribución, gestionadas independientemente, dos arterias principales para la reutilización de las aguas: la red de riego del norte y la red de riego del sureste. En 1997, E.D.A.R. dotadas con infraestructura para reutilización como depósitos de almacenamiento y red de tuberías, ya existían varias como las de Artenara, Bañaderos, Barranco Seco, Cardones, Firgas, Guía-Gáldar, Moya, Las Burras, Teror, Tenoya y Tejeda. Las reutilizaciones se encuentran mayoritariamente en el entorno de las grandes depuradoras, donde exige la red de saneamiento, aunque no sean coincidentes emplazamiento y lugares de consumo. Por dichas razones, ya el Plan Hidrológico Insular de Gran Canaria (1995) preveía la continua ejecución y perfeccionamiento de redes de uso exclusivo para la reutilización del agua depurada, así como la incorporación progresiva de tratamiento terciario en las EDAR con el objetivo de disminuir la salinidad de las aguas depuradas para reutilización. En la siguiente tabla 4, se muestra el listado de estas E.D.A.R. de la isla indicando su localización y producción inicialmente planteada. Depuradoras de Gran Canaria por municipios, [1] Denominación

Municipio

Agaete

Agaete

El Risco

Agaete

Proceso de tratamiento

Producción teórica (m3/día)

Aireación extendida/ Eras de secado

500

Aireación extendida/Filtración/ Digestión anaerobia en 2 etapas/ Filtros de bandas

12.000

60

Sureste I

Agüimes

Sureste II

Agüimes

6.000

Temisas

Agüimes

100

Arguineguín

Arguineguín

3.000

Salida túneles Arguineguín m.d. Artenara

Arguineguín

3.000

Las Caraballas

Artenara

Oxidación total

Artenara

Bañaderos

Arucas

Cardones

Arucas

Tenoya

Arucas

Firgas

Firgas

Guía – Gáldar

Gáldar

Sardina del Norte

Gáldar

120 200

Aireación extendida/Eras de secado Fangos activados/ digestión aeróbica/ Filtros bandas

500 2.000 1.000

Aireación extendida/ Eras de secado Fangos activados/ digestión aeróbica/ Filtros bandas Aireación extendida/ Eras de secado

1.000 3.000 200

17

3 Palmas

Guía

Oxidación total

70

Bco. Seco I

Las Palmas de G.C.

17.400

Bco. Seco II

Las Palmas de G.C.

Etapa A+B/Digestión aeróbica/Filtros banda

La Tornera

Las Palmas de G.C.

Tafira

Las Palmas de G.C.

Tamaraceite

Las Palmas de G.C.

Aireación extendida/ Eras de secado Aireación extendida/ Eras de secado Aireación extendida/ Eras de secado

34.800 720 720 1.400

Anfitauro

Mogán

Bco. de Verga

Mogán

450

Cercado de Espinos

Mogán

100

Hadsödalen (Tauro)

Mogán

120

Mogán Casco

Mogán

400

Mogán, Las Casillas

Mogán

200

Playa de Mogán

Mogán

100

Playa del Cura

Mogán

400

Puerto Rico I, II y III

Mogán

7.600

Taurito

Mogán

400

Veneguera

Mogán

120

Fontanales (Bco. Laurel)

Moya

75

Moya

Moya

Bahía Feliz El Tablero Las Burras San Bartolomé, caso Tarajalillo San Nicolás Tasarte Tejeda

San Bartolomé de Tirajana San Bartolomé de Tirajana San Bartolomé de Tirajana San Bartolomé de Tirajana San Bartolomé de Tirajana San Nicolás de Tolentino San Nicolás de Tolentino Tejeda

Aeropuerto

Telde

Gando

Telde

Jinámar

Telde

Telde

Telde

Teror

Teror

Valsequillo

Valsequillo

San Mateo

Vega de San Mateo

Aireación extendida/Eras de secado

500 500

Aireación extendida/ Eras de secado

12.000 14.000 200 500

Aireación extendida/ Eras de secado

1.500 100

Aireación extendida/ Eras de secado

225 1.200

Aireación extendida/ Eras de secado

500 5.000

Aireación extendida/ Filtración industrial/ Tratamiento químico/ Filtros de banda Aireación extendida/Eras de secado

12.000 1200 1.200

Aireación extendida/Eras de secado

750

TABLA 4._ LISTADOS DE LAS E.D.A.R. DE LA ISLA DE GRAN CANARIA DISTRIBUIDAS POR MUNICIPIOS. FUENTE: Datos facilitados por el Consejo Insular de Aguas de Gran Canaria.

18

En la actualidad las E.D.A.R. del municipio de Las Palmas de G.C. utilizan sistemas de depuración convencionales. En particular la Estación Depuradora de Aguas Residuales Barranco Seco II tiene como características generales un sistema doble etapa, tratamiento para depuración por medio del proceso biológico de fangos activos de doble etapa, también llamado proceso AB. El proceso de doble etapa es combinación de dos procesos básicos de digestión anaeróbica que descomponen la materia orgánica e inorgánica en ausencia de aire realizados por dos tipos de digestores anaeróbicos: un digestor anaeróbico de baja carga, el cuál generalmente no se calienta ni se mezcla el contenido del digestor, oscilando los tiempos de este proceso entre 30 y 60 días; y un segundo digestor anaeróbico de alta carga, donde el contenido del digestor se calienta y mezcla completamente, el tiempo de detención es de 15 días o menor. Además la estación constaba inicialmente con un tratamiento de fangos anaeróbico con producción de gas y motores para recuperación de energía. La capacidad de tratamiento es 2 x 200 l/s, equivalente a 290.000 habitantes y una dotación para 120 l/habitante/día. Aunque se ha planteado en el 2008, que la estación depuradora de Barranco Seco aumente su producción de agua regenerada para su uso en cultivos, jardines y campos de golf en un 60 por ciento. Con la instalación de una nueva línea de electrodiálisis EDR, la principal planta de Gran Canaria pasara de los 10.000 m3/día a un total de 16.000 m3/día. Las aguas a reutilizar, en la mayoría de los casos, previamente es necesario la reducción de sales de estas aguas mediante tratamientos con membranas así como una desinfección. Esto es debido a la salinidad algo elevada presente desde el agua origen que produce el efluente a tratar, agua de abasto de las zonas costeras de Gran Canaria; además de los usos del agua, que elevan la salinidad del agua residual y a las filtraciones de agua de mar en la red de alcantarillado. Debido a lo indicado anteriormente junto con la mejora de los sistemas de depuración, la construcción de los tratamientos terciarios de desalación y el aumento de la eficiencia de las redes de distribución y explotación; la inversión en esta área se ha elevado.

AÑO 1994 1998 2000 2000 2001 2001 2002 2002

Denominación Proyecto Derea EDAR Cardones EDAR Hoya del Pozo EDAR Bañaderos EDAR Bocabarranco EDAR Sureste EDAR Barranco Seco EDAR Barranco Seco

Nominal 80 1400 3000 450 3000 6000 21000 6000

Sistema O.I. E.D.R. O.I. E.D.R. O.I. O.I. E.D.R. O.I.

Destino Riego Riego Riego Riego Riego Riego Riego Riego

TABLA 5._EDAR CON PRINCIPALES TRATAMIENTOS TERCIARIOS POR DESALINIZACIÓN. FUENTE: Datos facilitados por el Consejo Insular de Aguas de Gran Canaria.

19

II-ESTADO DEL ARTE

2.1. Producción 2.1.1. Proceso de producción de los lodos. Los lodos de las estaciones depuradoras son recogidos durante las etapas de depuración del afluente recibido, acción en la cual es eliminada la contaminación e impurezas incorporadas en dichas aguas residuales. Por tanto los lodos son la recolección de los subproductos contaminantes extraído de las aguas tratadas en los decantadores primarios y secundarios de los respectivos tratamientos. De forma más explícita debemos explicar que los procesos de depuración de aguas residuales, las aguas se ven desprovistas de materia, generando lodos, en dos etapas (Figura II.1). En la primera etapa, denominada tratamiento primario, por simplemente fenómenos físicos se produce una separación de parte de los sólidos en suspensión debido a su densidad mediante un decantador, decantador primario. En la segunda etapa, denominada tratamiento secundario, una parte de la materia orgánica solubilizada es metabolizada a dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O), y la otra parte es transformada en materia viva a través del desarrollo de un cultivo microbiano, el proceso más usual es denominado fangos activos. Luego en los decantadores secundarios, se permite la separación por sedimentación de los flóculos o formaciones de microorganismos (realmente contienen microorganismos, materia orgánica y algo de materia inorgánica) por medio del efecto de floculación. En ocasiones, el exceso de sólidos decantados es recirculado al decantador primario. La contaminación de las aguas queda contenida en los fangos o lodos, que son los sólidos extraídos de los decantadores primarios y secundarios, debido a que los flóculos adsorben parcialmente los contaminantes. En la mayoría de los casos es necesario un tratamiento posterior de los fangos, habitualmente por tratamiento de digestión, tanto para su estabilización antes de su aprovechamiento como para su eliminación parcial.

Figura II.1._ ESQUEMA GENERAL LÍNEAS DE UNA E.D.A.R.

20

Relativo a la línea de fangos, en la siguiente figura II.2. (Corbitt, 2003) se esquematiza la interactuación de los procesos y métodos de tratamientos del lodo junto a las funciones que designan a cada proceso.

Figura II.2._ ESQUEMA LÍNEAS DE LODOS DE UNA E.D.A.R.

21

2.1.2. Composición La composición de los lodos de depuradoras de aguas residuales urbanas se determina según su generación. El aumento de la producción de lodos procedentes de la depuración de aguas residuales obliga a su correcta gestión, la cual es marca por la composición de los lodos, aunque variable, puede convertirles en una fuente de materia orgánica y de elementos fertilizantes para su utilización en la actividad agraria. Los fangos procedentes de decantación primaria son generalmente de consistencia limosa y color de marrón a gris, volviéndose sépticos y dando mal olor con gran facilidad. Los fangos procedentes del tratamiento secundario, en el caso de fangos activados, son de color marrón, relativamente ligeros, y debidos a un buen aireados en el caso general, no suelen producir olor con tanta rapidez como los fangos primarios. Aunque en el caso de no estar suficientemente aireados se aproximan a las condiciones sépticas, se oscurece su color y producen un olor tan fuerte como el fango primario. El lodo digerido tiene color entre marrón oscuro y negro, y contiene cantidades relativamente elevadas de gas. Además un lodo digerido es menos putrescible que un lodo no digerido. La composición del lodo es heterogénea y varía en función de la composición de las aguas residuales y las condiciones ambientales, así como con la procedencia del lodo. Las características más importantes pueden resumirse en la Tabla 6.

CARACTERÍSTICAS SS1 (g/ hab * d) Contenido en agua (%) SSV2 (% SS) Grasas (% SS) Carbohidratos (% SS) Ph Fósforo (% SS) Nitrógeno (% SS) Bacterias patógenas (Nº/100 ml) Organismos parásitos (Nº/100 ml) Metales pesados (Zn, Pb, Cu) (% SS) 1 Sólidos en suspensión 2 Sólidos en suspensión volátiles

LODOS PRIMARIOS

LODOS SECUNDARIOS

30-36 92-96 70-80 12-16 8-10 5.5-6.5 0,5-1,5 2-5 102-105 8-12 0,2-2

18-29 97.5-98 80-90 3-5 6-8 6.5-7.5 1,5-2,5 1-6 100-1000 1-3 0,2-2

LODOS PRIMARIOS + SECUNDARIOS DIGERIDOS 31-40 94-97 55-65 4-12 5-8 6.8-7.6 0,5-1,5 3-7 10-100 1-3 0,2-2

TABLA 6_ COMPOSICIÓN CARACTERÍSTICA DE LOS LODOS DE DEPURADORA FUENTE: (HERNÁNDEZ Y COL., 2004).

22

CARACTERÍSTICAS AGRONÓMICAS DE LODOS E.D.A.R. BARRANCO SECO II pH 7,8 Materia Orgánica (%) 63 Nitrógeno- Total (% ) 4,5 N-amoniacal ( % ) 0,7 Fósforo (% P2O5 ) 5,0 Potasio (% K2O ) 0,2 Calcio (% CaO ) 5,6 TABLA 7_COMPOSICIÓN CARACTERÍSTICA AGRONÓMICAS DE LOS LODOS DE E.D.A.R. DE BARRANCO SECO II FUENTE:

(ANTONIO

MARRERO

DOMÍNGUEZ...

(ET

AL.);

1997;

CONSORCIO

INSULAR

DE

APROVECHAMIENTOS DE AGUAS DEPURADAS DE G.C.).

Estas tablas anteriores vienen determinadas de antemano por los componentes de la fuente que los produce, las aguas residuales que originan los lodos. Las características en la comunidad autónoma de Canarias de las aguas residuales y de sus correspondientes aguas depuradas, su importancia es crucial pues la tipología de lodo producido es consecuencia directa de las características del agua residual tratada.

CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES ANTES Y DESPUÉS DEL TRATAMIENTO POR INDICADOR. CANARIAS. 2003-2006. (miligramos/litro). 2006 2005 2004 2003 958,8 569,48 1036,7 720,2 Antes Demanda química oxigeno (DQO) 95,1 56,88 116 103,7 Después 509,8 246,61 601,3 466,5 Antes Demanda bioquímica de oxígeno (DBO5) 47,6 15,3 56,7 62,2 Después 362,3 252,06 389,7 284,2 Antes Sólidos en suspensión 31,3 22,25 34,7 35,9 Después 32 44,23 23,1 16,6 Antes Nitrógeno total 11,3 16,14 12,6 15,9 Después 16 7,04 7,7 4,3 Antes Fósforo total 4 2,68 3,7 3,7 Después 0 0 0 0 Antes Metales 0 0 0 0 Después TABLA 8._CARACTERÍSTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES EN EL PROCESO DE TRATAMIENTO DEPURACIÓN FUENTE: Secretaría General de Medio Ambiente; Ministerio de Medio Ambiente, Medio Rural y Marino (MMARM).

El contenido en agua de los lodos incrementa el volumen de éstos, incrementando el coste de transporte y disposición en vertederos. También favorece la actividad biológica (con el consecuente desprendimiento de malos olores) y la lixiviación en vertederos. El agua de los lodos es de tres tipos: agua libre (70-75%), agua en los flóculos (20-25 %) y agua

23

absorbida (1%). El agua libre se puede separar fundamentalmente por procesos de sedimentación, el agua de los flóculos por separación mecánica (filtración y centrifugación); el agua adsorbida se puede eliminar utilizando acondicionadores químicos y/o mediante calor. Según lo anterior diferenciamos por % de humedad los lodos producidos en cada isla.

CONCEPTOS 3

A.R. urbana depurada (m /a) Producción lodos (26% ton ms/año) Contenido en material seca del fango (%) Producción de fangos deshidratados (con el 74% de agua). (ton ms/año)

G.C.

LZT

FTRA

TNRF

GMRA

HRR

27.000.000

6.100.000

3.900.000

14.235.000

370.000

130.000

8.019

1.812

1.158

4.228

110

39

26%

26%

26%

26%

26%

26%

30.842

6.968

4.455

16.261

423

149

TABLA 9._COMPOSICIÓN DE % HUMEDAD DE LOS LODOS DE PLANTAS DE AGUAS RESIDUALES DE C.A.C. FUENTE: Datos facilitados por el Consejo Insular de Aguas de Gran Canaria

2.1.3. Situación actual y perspectivas El desarrollo del Plan Nacional de Saneamiento y Depuración ha aumentado la producción de lodos procedentes de las estaciones depuradoras por exigencia, y su empleo en el sector agrícola ha sido una de las soluciones escogidas para lograr una gestión adecuada.

GRÁFICA 3._ PRODUCCIÓN DE LODOS DE LAS INSTALACIONES DE DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES A NIVEL NACIONAL FUENTE: Secretaría General de Medio Ambiente; Ministerio de Medio Ambiente, Medio Rural y Marino.

24

La aplicación de los lodos como abono agrícola, tal como a nivel nacional se aplica actualmente de forma mayoritaria, no sólo es respetuosa con el medio ambiente, sino que además contribuye a mejorar las propiedades físicas, químicas y biológicas de los suelos sobre los que se aplica, paliando los problemas de erosión, dependencia de productos químicos y carencias orgánicas y minerales. La tabla siguiente muestra el volumen y evolución del destino final de los lodos generados en la depuración de las aguas residuales medidos como materia seca en toneladas.

TABLA 10_ DESTINO DE LODOS DE LAS INSTALACIONES NACIONALES DE DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES. FUENTE: INSTITUTO NACIONAL DE ESTADÍSTICA (INE): " Suministro y Tratamiento del Agua"

Tal como se aprecia de inmediato una evolución sobresaliente del porcentaje del 51,67 % de los lodos destinados a la agricultura, en menos de una década (1997-2006). Mientras se mantiene el porcentaje de lodos destinados a los vertederos en el mismo periodo, siendo del 21,71 %. Aunque respecto a los lodos destinados a la incineración con recuperación de energía no presentan una evolución constante, pues en el año 2003 de un incremento del 73,96 % se disminuye el porcentaje destinado a tal fin en el 2006 en un 22,62 %. Destaca claramente, el porcentaje de los lodos generados en el 2006 tienen como destino mayoritario la agricultura, un volumen del 64,51 % del conjunto de lodo producido en el año.

GRÁFICA 4._ REPRESENTATIVA DE LA TABLA DEL DESTINO DE LODOS DE LAS INSTALACIONES DE DEPURACIÓN DE AGUAS RESIDUALES FUENTE: Secretaría General de Medio Ambiente; Ministerio de Medio Ambiente, Medio Rural y Marino.

25

A nivel estatal, se han encontrado con muchas dificultades en la cuantificación de la producción de lodos debido a la falta de datos existente por la reticencia a proporcionar información por parte de los gestores de los lodos, por lo que existen muchas deficiencias. Aunque no se dispone en España de datos cuantitativos verificados y comprobados ni sobre la generación de lodos ni sobre su gestión, la producción de lodos en 1998 estuvo entorno a 800.000 Toneladas de materia seca, lo que equivale, en términos de residuos (lodo deshidratado), a unos 3,5 millones de toneladas. Estos lodos fueron destinados a: USO AGRÍCOLA

51%

A VERTEDERO

22%

INCINERADO

4%

Durante el año 2005 a nivel nacional, la producción de lodos fue de 1.547.976 t de materia seca, repartidas por CC.AA. de la siguiente manera.

Generación de lodos de depuradora por Comunidades Autónomas en el 2005. [4]

COMUNIDAD AUTÓNOMA

TON M.S./AÑO

Andalucía

312.500

Aragón

41.000

Asturias

36.000

Baleares

29.000

Canarias

111.762

Cantabria

18.000

Castilla y León

81.000

Castilla la Mancha

56.000

Cataluña

200.000

Ceuta

1.200

Comunidad Valenciana

130.000

Extremadura

36.000

Galicia

90.000

26

La Rioja

8.000

Madrid

178.000 -342.862

Melilla

1.100

Murcia

37.000

Navarra

11.314

País Vasco

63.000

España

1383114 -1547976

TABLA 11_ GENERACIÓN DE LODOS DE DEPURADORA POR COMUNIDADES AUTÓNOMAS EN EL 2005. FUENTE: Secretaría General de Medio Ambiente; Ministerio de Medio Ambiente, Medio Rural y Marino.

En el marco autonómico, vemos en la siguiente tabla sobre recogida y tratamientos de las aguas residuales por clase de indicar medio ambiental designado por el M.M.A.R.M. registrados por el INE, de forma anual el volumen de agua residual recogida, el volumen de agua tratada y el volumen de agua reutilizada. RECOGIDA Y TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES POR CLASE DE INDICADOR. CANARIAS. 1999-2006. (*). VOLUMEN (m3/ día):

2006

2005

2004

2003

2002

2001

2000

1999

aguas residuales recogidas

376.898

292.285

270.007

346.357

294.887

241.054

250.027

238.545

aguas residuales tratadas

297.054

258.900

209.647

224.998

207.657

166.612

181.895

142.398

total de agua vertida

210.703

209.590

188.229

228.361

165.554

159.096

68.635

70.963

Total de agua reutilizada

166.195

81.013

81.777

117.996

102.440

78.132

98.737

71.436

7.823

3.452

3.919

7.600

423

2.989

62.842

10.091

47.493

44.236

47.324

37.347

33.460

28.758

25.916

11.335

IMPORTE TOTAL (Miles de Euros) gastos en inversión de la recogid a y tratamiento de aguas residual es cuotas de saneamiento y depuración

(*) A partir del año 2004 se ha procedido a incorporar en estos apartados las aguas residuales no procedentes de la red de distribución (pluviales, extracción propia, u otras procedencias), mientras que hasta la estadística del año 2003 inclusive, se recogía exclusivamente la información sobre las aguas residuales procedentes de la misma.

TABLA 12_RECOGIDA Y TRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES POR CLASE DE INDICADOR MEDIO AMBIENTAL. CANARIAS. FUENTE: INSTITUTO NACIONAL DE ESTADÍSTICA (INE):"Encuesta sobre el Suministro y Tratamiento del Agua".

27

Situación local Los datos de producción de lodos municipales están innatamente ligados al desarrollo demográfico del municipio, pues será la variación de esta población y la población flotante de determinadas temporadas, la pauta a seguir en la planificación de dichas infraestructuras. Tal como ha sido considerado el desarrollo poblacional del municipio mostrado en tabla13:

EVOLUCIÓN DEMOGRÁFICA DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA ENTRE 1996 Y 2007 1996

355.563

1998

2000

2002

2004

2006

2007

352.641 358.518 370.649 376.953 377.056 377.203

TABLA 13._ EVOLUCIÓN DEMOGRÁFICA DEL MUNICIPIO DE LAS PALMAS DE G.C.

FUENTE: Instituto Nacional de Estadísticas, I.N.E. datos 2007

Abordaremos a continuación la situación actual de la producción de lodos en el marco municipal, tal como podemos apreciar en la siguiente tabla, la estimación y evolución anual de la producción de lodos, en toneladas y al 26% de materia seca, distribuido por E.D.A.R. del municipio de Las Palmas de Gran Canaria, en función de los anteriores datos referidos a las producciones de lodos de la isla de Gran Canaria.

PRODUCCIÓN ESTIMACIÓN POR E.D.A.R. DE L.P.G.C. ( fijada a la capacidad actual por E.D.A.R) 39,47% 8019 39,47% 12028,5 39,47% 20047,5 39,47% 22453,2 Producción Lodos (ton 26% m.s./año) Denominación % por EDAR 2000 2004 2008 2012

% EDAR LPGC DE G.C. POR AÑO:

Bco. Seco I Bco. Seco II La Tornera Tafira Tamaraceite

29,89 59,77 0,52 1,24 8,59

Producc. Total Lodos (ton 26% m.s.)/Año de las E.D.A.R. de L.P.G.C.

945,94 1891,88 16,31 39,14 271,82 3165,099

1418,91 2837,83 24,46 58,71 407,73 4747,649

2364,85 4729,71 40,77 97,86 679,56 7912,748

2648,64 5297,27 45,67 109,60 761,10 8862,278

PRODUCCIÓN REAL ANUAL DE LODOS (ton) y SEQUEDAD (%), E.D.A.R. DE L.P.G.C. EDAR 2005 2006 2007 2008 6.337,37 (18,73%) 5.090,70 (21%) 4.808,17(19,6%) 7.762,32 (20%) BARRANCO SECO II TAFIRA

33,64 (90%)

17,14 (90%)

33,16

2,38 (90%)

TAMARACEITE

11,60 (90%)

9,56 (90%)

0

3,28 (90%)

28,50 (90%) 23,56 (90%) 9,76 6,52 (90%) TENOYA TABLA 14._ ESTIMACIÓN DEL VOLUMEN DE PRODUCCIÓN DE LODOS (26% m.s./año) POR LAS E.D.A.R. DEL MUNICIPIO DE LAS PALMAS GRAN CANARIA. FUENTE: Elaboración propia a partir de los datos facilitados por el Consejo Insular de Aguas de Gran Canaria y Empresa Mixta de Aguas de Las Palmas, S.A. , EMALSA

En esta tabla de datos nos muestra el peso de producción de lodos del municipio respecto al resto de la isla de G.C., la producción de lodos diferenciados por depuradora generadora de

28

los mismos, el porcentaje que emite cada E.D.A.R. local y la evolución estimada del volumen en doce años. Podemos apreciar explícitamente en la siguiente gráfica, relativa a la estimación del desarrollo de la producción de los lodos distribuidos por cada E.D.A.R. municipal y considerando la población correspondiente por cuatrienio, las evoluciones indicadas en los datos de anteriores referidos al desarrollo demográfico y al volumen de producción de lodos por cada E.D.A.R. municipal.

Ton al 26% M.S.

ESTIMACIÓN DE LA EVOLUCIÓN EN PRODUCCIÓN DE LODOS POR EDAR DEL MUNICIPIO DE L.P.G.C.

1000000

370649 358518

377056 377203

376953

100000

10000

4729,71

2837,83

5297,27

1891,88 1000

100

945,94

39,14

679,56

407,73

271,82 58,71

2648,64

2364,85

1418,91

761,10 109,60

97,86

45,67

40,77 10 16,31 2000

24,46 2004

2008

EDAR BARRANCO SECO I

EDAR BARRANCO SECO II

EDAR LA TORNERA

EDAR TAFIRA

EDAR TAMARACEITE

DEMOGRAFÍA LPGC

2012

E.D.A.R. DE L.P.G.C.

GRÁFICA 5._ ESTIMACIÓN DE LA EVOLUCIÓN EN PRODUCCIÓN DE LODOS POR E.D.A.R. DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA. FUENTE: Elaboración propia a partir de los datos facilitados por el Consejo Insular de Aguas de Gran Canaria

Tal como se aprecia en la gráfica se produce un incremento elevado en el primer cuatrienio 2000-2004, el cual llega a ser del 33,33% durante dicho periodo, consecuencia directa de la gestión formalizada del agua residual. Después se observa mas pronunciada la pendiente del segundo cuatrienio, donde alcanza un desarrollo en producción de lodos del 40 % en el 2008 respecto al 2004. Siendo ésta la variación porcentual mayor desarrollada en la producción de lodos por las depuradoras municipales correspondiendo con el fuerte aumento de agua depurada y al álgido desarrollo de tratamientos en las líneas de depuración de las estaciones. Y por último, en el tercer cuatrienio comprendido entre los años 2008-2012, se estima un crecimiento porcentual en la producción de lodos municipales mas atenuado, rodando el 11% ya que se supone una expansión demográfica estable respecto a los ocho años

29

anteriores o de un crecimiento prudencial sin grandes repuntes demográficos y una evolución de tratamientos de depuración eficaces con los residuos que generan.

EVOLUCIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE LODOS DE EDAR EN L.P.G.C. Ton al M.S./ Año 10000

6.337,37

4.808,17

5.090,70

7.762,32

1000

100

33,64

33,16 17,14

28,50

10

11,60

23,56

6,52 9,76

9,56

0

1 2005 2006 EDAR BARRANCO SECO II (20% M.S.)

2007 EDAR TAFIRA (90% M.S.)

EDAR TAMARACEITE (90% M.S.)

EDAR TENOYA (90% M.S.)

3,98 2,38 2008

AÑOS

GRÁFICA 5.1._ EVOLUCIÓN EN PRODUCCIÓN DE LODOS POR E.D.A.R. DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA. FUENTE: Elaboración propia a partir de los datos facilitados por Empresa Mixta de Aguas de Las Palmas S.A. EMALSA

Otra forma de analizar los datos de las producciones de las E.D.A.R. de L.P.G.C. y la demografía local, es agrupando la producción de cada depuradora enfrentada por cuatrienios respecto al resto y al desarrollo poblacional. Podemos observar en la siguiente gráfica 6 y 6.1., una triple comparativa de generación de lodos pues se contrasta entre las propias E.D.A.R. de L.P.G.C., entre los cuatrienios desarrollados en un periodo estimado de doce años y con la carga demografía que corresponde a tales producciones de lodos.

30

Ton al 26% M.S. 1000000

ESTIMACIÓN COMPARATIVA DE LA PRODUCCIÓN DE LODOS POR EDAR DEL MUNICIPIO DE L.P.G.C. FRENTE A LA DEMOGRAFÍA 376953

358518

377203

100000

10000

1000

1891,88 945,94

1418,91

45,67

40,77

24,46

16,31

109,60

97,86

58,71

39,14

761,10

679,56

407,73

271,82 100

5297,27 2648,64

4729,71 2364,85

2837,83

10 2000

2004

2008

EDAR BARRANCO SECO I

EDAR BARRANCO SECO II

EDAR LA TORNERA

EDAR TAFIRA

EDAR TAMARACEITE

DEMOGRAFÍA LPGC

2012

AÑOS.

GRÁFICA 6._ ESTIMACIÓN COMPARATIVA DE LA PRODUCCIÓN DE LODOS POR E.D.A.R. DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA FRENTE A LA CARGA POBLACIONAL. FUENTE: Elaboración propia a partir de los datos facilitados por el Consejo Insular de Aguas de Gran Canaria

Unidades EDAR: Ton M.S. 1000000

COMPARATIVA DE LA PRODUCCIÓN REAL DE LODOS POR EDAR DE L.P.G.C. FRENTE A LA DEMOGRAFÍA 376953

358518

377203

100000

10000

6.337,37

7.762,32

5.090,70

4.808,17

1000

100

10

33,64 28,50 11,60

33,16

23,56 17,14 9,56

9,76

6,52 2,38

3,98

1,00

1 2005 EDAR BARRANCO SECO II (20 % M.S.) EDAR TAFIRA (90% M.S.) DEMOGRAFÍA LPGC

2006

2007 EDAR TENOYA (90 % M.S.) EDAR TAMARACEITE (90% M.S.)

2008

AÑOS.

GRÁFICA 6.1._ COMPARATIVA DE LA PRODUCCIÓN DE LODOS POR E.D.A.R. DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA FRENTE A LA CARGA POBLACIONAL. FUENTE: Elaboración propia a partir de los datos facilitados por Empresa Mixta de Aguas de Las Palmas S.A. EMALSA

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En las gráficas 6 Y 6.1. se contrastan la estimación y realidad de la producción de lodos entre los cuatrienios 2000-2004, 2004-2008 y 2008-2012, permitiendo destacar la variación temporal tanto en la producción de lodos con el aumento de caudal de depuración y la demografía. Además de presentar la producción real entre 2005-2008 respecto a la producción estimada, un incremento positivo en la EDAR de Barranco Seco II. Respecto a las EDAR de Tafira, Tamaraceite y Tenoya destaca que las producciones generadas en el periodo 2005-2008, son inferiores en la generación real que las estimaciones realizadas en el año 2000 Además adentrándonos por cada cuatrienio, se palpa claramente los diferentes rangos de generación estimada de lodos por depuradora estudiada, sobresaliendo siempre el volumen gestionado por la E.D.A.R. de Barranco Seco II. Éste alcanza cotas de un 50% de diferencia respecto a su inmediata inferior, en su momento Barranco Seco I, la segunda depuradora que generaba mayor volumen de lodos municipales e integrada actualmente en la E.D.A.R. de Barranco Seco II. También se puede captar el incremento en la producción de lodos, correlativo a la expansión demográfica que surge en el periodo estudiado.

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2.2. Los L.E.D.A.R.U. respecto al medio ambiental Los lodos de estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas, L.E.D.A.R.U., sin ser tratados adecuadamente o tratados negligentemente, debido a su volumen y composición, plantean graves perjuicios en diferentes áreas medioambientales. Estructurando dichos inconvenientes según área, contaminan mediante diversos procedimientos, destacamos los siguientes: ¾ Aguas por: - vertidos directos al mar; - lixiviación de los vertidos enterrados, contaminando las aguas subterráneas; - escapes de la red sanitaria; ¾ Aire debido a: - desprendimiento de olores desagradable; - emisiones por tratamientos térmicos de lodos; ¾ Suelo contaminado por contener o excesos de: - componentes parasitarios; - patógenos; - metales pesados; Iniciando el análisis con la contaminación sufrida por las aguas, debemos exponer que hasta hace poco tiempo el destino principal de este residuo era el vertido al mar [13]. Actualmente este nocivo procedimiento suele descartarse, además es doble despropósito pues al evitar contaminar con vertidos directos de aguas residuales al mar o a otros acuíferos, se finalice el ciclo vertiendo los lodos producidos por la depuración de las aguas residuales iniciales, los cuales son más tóxicos que las propias aguas residuales. Segundo, en esta área debemos considerar el daño medioambiental ejercido en las aguas subterráneas por el arrastre mediante lixiviación de los organismos patógenos existentes en los lodos sin tratar. Circunstancias que se presentan sin dificultad en situaciones como los enterramientos de los lodos y la acción consiguiente de lluvias o de riego. [14] Además en la contaminación de las aguas debe contemplar también los escapes de los lodos en la propia red sanitaria, producidos por fugas de conductos o en las líneas de tratamiento de las E.D.A.R. Por otra parte, la afección de los L.E.D.A.R.U. en el aire destaca considerablemente en las situaciones en las cuales los lodos sin tratar o en mal tratamiento, se sitúan cerca de

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poblaciones. Sus componentes orgánicos y posteriores putrefacciones emiten desagradables olores. Aunque los olores contaminen de forma muy perceptible, se provoca un perjuicio medioambiental en el aire superior al emitir gases a la atmósfera. Eliminar los lodos por tratamientos térmicos (pirólisis e incineración) tiene ventajas destacadas como tratamiento previo a la eliminación: aprovechamiento energético, erradicación de todo tipo de microorganismos además de los compuestos tóxicos orgánicos, y disminución del volumen (alrededor del 50% en lodos secos). La principal desventaja de este tipo de procesos está en las posibles emisiones a la atmósfera que obligan a las plantas a instalar costosos sistemas de limpieza de gases de emisión, asimismo tampoco son procesos definitivos ya que no producen la eliminación total de los residuos. Debemos incidir en que entre los componentes emitidos más importantes están las partículas sólidas, gases ácidos ( como el dióxido de azufre, cloruro de hidrógeno y fluoruro de hidrógeno), metales pesados como plomo, mercurio, cadmio, etc.., además del monóxido de carbono y compuestos orgánicos normalmente en bajas concentraciones. Estos compuestos orgánicos, a pesar de representar

un volumen pequeño frente a los otros compuestos,

poseen una gran importancia debido a su alta toxicidad. De estos compuestos orgánicos, también llamados micropolulentes, destacan los PACs (compuestos aromáticos policíclicos) y los PCDD/Fs (policlorodibenzodioxinas y policlorodibenzofuranos) conocidos como dioxinas. [15] Por último, los L.E.D.A.R.U. interfieren en el área medioambiental del suelo pues las técnicas de aprovechamiento más empleadas son la aplicación en suelos para su conservación y usos agrícolas. Sin embargo, aparecen ciertos riesgos para el medio ambiente relacionados con la presencia de metales pesados y contaminantes orgánicos, que deben tenerse muy en cuenta en el empleo de cualquier técnica de aprovechamiento del lodo, y que requieren de los oportunos estudios. En la utilización de los lodos en la agricultura debe ser considerada las cantidades y composiciones de los mismos y las características del suelo en el que se emplean. Dentro de la composición los lodos (apartado 2.1.2) seguimos detalladamente los metales pesados, pues tienen carácter tóxico para los seres vivos por encima de ciertos umbrales. Perturban a las cadenas alimenticias, provocando un efecto de bioacumulación entre los organismos de la cadena trófica. La causa de ello es la alta persistencia de los metales pesados en el entorno, por la inexistencia de función biológica definida de los mismos. Entre los efectos de los metales pesados sobre la digestión decir, que la toxicidad de los metales pesados sobre las bacterias mecánicas decrecen en el siguiente orden: Cr > Cu > Zn > Cd > Ni. [3] Siendo el zinc, el metal tóxico que comúnmente presenta la mayor concentración de todos los metales en lodos.

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La procedencia de contaminación por metales pesados en los lodos es variada. De las vías de contaminación en los lodos, resaltan dos procedimientos colaterales: •

vertidos ilegales a la red de alcantarillado de aceites lubricantes usados con altos contenidos en plomo (situación en recesión, por las mejoras introducidas en la gestión de dichos residuos y fundamentalmente por la introducción de las gasolinas sin plomo), pinturas y colorantes con ciertos niveles de plomo, vertidos de taladrinas (sustancias utilizadas en la industria metalúrgica como refrigerantes y lubricantes) con alto contenido en metales como por ejemplo níquel, pilas botón con elevados niveles de níquel, cadmio o mercurio procedentes del ámbito doméstico, residuos originados por la industria del decapado que pueden contener cromo, zinc, etc.

•

la corrosión de tuberías y depósitos metálicos, incluida la proveniente del arrastre por baldeo de calles o por las aguas pluviales, siendo un buen ejemplo de ello el plomo procedente de la combustión de las gasolinas o los metales provenientes de procesos de corrosión diversos, depositados en el medio urbano. En cuanto a la aplicación de lodos en montes (caso improbable en Canarias por ser la

mayoría del monte de protección natural), testear la degradación con el tiempo de LAS (alquilbenceno sulfonatos lineales) y NPEs (suma de los compuestos nonilfenólicos NP, NP1EO y NP2EO), que son los contaminantes orgánicos que suelen encontrarse en concentraciones muy altas en lodos. Respecto al compostaje de lodos para su aplicación en suelos es uno de los tratamientos mejor aceptado para este residuo, pues no solo mejoran sus propiedades físicas y se garantiza la ausencia de patógenos, además produce la degradación de algunos de los compuestos orgánicos contaminantes que contiene el fango, como LAS, NPEs, DEHP (di(2etilhexil)ftalato) o PAHs (hidrocarburos aromáticos policíclicos). Sin embargo, durante el compostaje se produce la degradación de compuestos orgánicos contaminantes que contenía el lodo de partida, pero existen indicios acerca de la formación de PCDD/Fs (policlorodibenzo-p dioxinas/furanos) durante el proceso que puede hacerlo peligroso para el medio ambiente, por encontrarse estos compuestos entre aquéllos que necesitan limitación. También, la contaminación del suelo por mala práctica de verter directamente los lodos sin tratar en el suelo, supone que la existencia de organismos patógenos en lodos con una gran capacidad de transmisión y pudiendo producir enfermedades en el hombre o en animales como consecuencia de la aplicación de lodos en suelos.

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A sus tóxicos efectos, debe unirse el problema que plantean por su supervivencia en las aguas, vegetales y suelo, en ocasiones supera los 3 meses.

Como hemos referido en el desarrollo del esquema inicial de este apartado sobre los medios destacados de contaminación medioambiental, tanto en el agua como en el aire y por supuesto en el suelo, son inconvenientes en este momento de los lodos de depuradoras de aguas residuales a gestionar medioambientalmente y de cara al futuro es fundamental añadir las siguientes observaciones: •

El aumento de la demanda de tratamiento de aguas residuales, debido al gran crecimiento de los núcleos urbanos existentes, como al desarrollo de nuevos núcleos urbanos.

•

Restricciones y requisitos estrictos para la aplicación de lodos de depuradora en agricultura.

•

Mayor control sobre los vertidos líquidos industriales a los sistemas integrales de saneamiento, para evitar que lleguen a las depuradoras vertidos que incrementen la cantidad o peligrosidad de su carga contaminante.

•

Mejora de los procesos de tratamiento de lodos, reducción del porcentaje de producción de lodos y mayor aprovechamiento de los mismos, aumentando opciones mejor situadas en la jerarquía de tratamiento de residuos.

•

Seguimiento de los efectos ambientales de las instalaciones de tratamiento de lodos y del destino final de los mismos especialmente, sobre el suelo como aplicación en agricultura.

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2.3. Problemática de los L.E.D.A.R.U. en otros países. Resolución. A nivel internacional, la problemática de los lodos de las estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas es diferente en función del grado de desarrollo que presente el país. En los países que tratan los residuos de sus aguas depuradas es palpable la preocupación en los mismos por reducir la generación de lodos y encausar la reutilización de dichos residuos en diferentes vías.

2.3.1 Países miembros de la Unión Europea. En los países comunitarios se observa que la puesta en práctica progresiva de la directiva del tratamiento de las aguas residuales urbanas en todos los estados miembros (91/271/EEC) está aumentando las cantidades de generadas de lodos de aguas residuales. La cantidad de lodos generados en la UE ha aumentado fuertemente, de un importe de 9,8 millones de toneladas de materia seca en 2007, frente a 5,5 millones de toneladas en 1992.

TABLA 15._PRODUCCIÓN TOTAL DEL LODO DE AGUAS RESIDUALES URBANAS (KILOGRAMO M.S.). FUENTE: Datos de Eurostat; Estadísticas ambientales: Meta datos del agua de la EUROSTAT en formato de SDDS: Metodología sumatoria.

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Tal como se muestra en la tabla_15 referente a la producción total del lodo de aguas residuales urbanas (kilogramo m.s.). Los sólidos acumulados se separaron de varios tipos de agua húmeda o mezclada con un componente líquido como resultado de un proceso natural o de artificial. Destacando como máximo productor Alemania seguida por España con un 48% menos, aunque es en función del volumen depurado en los países de UE. Mientras que existen muchas soluciones técnicas para el tratamiento previo del lodo en la instalación de tratamiento las aguas residuales, cuando el lodo sale de la planta hay básicamente tres maneras tradicionales de tratamiento del lodo. Primero, la descarga o vertido del lodo. Siendo la peor opción desde el punto de vista ambiental, conlleva todos los riesgos relacionados con el vertido: las emisiones de metano, la contaminación del sitio y desperdicia las ventajas potenciales del lodo (como los nutrientes). Advertimos en la tabla_16, las cantidades de lodo destinadas sin ninguna función útil a puntos o áreas del terraplén o sitios especiales del depósito, en los países de la UE.

TABLA 16._VOLUMEN DE

LODOS

PROCEDENTES DE AGUAS RESIDUALES URBANAS (1000 m³ M.S.)

DESTINADOS DIRECTAMENTE A VERTEDEROS EN LOS PAÍSES MIEMBROS DE LA UE. FUENTE: Datos de Eurostat; Estadísticas ambientales: Meta datos del agua de la EUROSTAT en formato de SDDS: Metodología sumatoria.

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Se reflejan dos situaciones perjudiciales en los datos del volumen de L.E.D.A.R.U. cuyo destino directo son los vertederos. Dichas situaciones son que España es el miembro comunitario que mayor cantidad envía a vertederos, y además que siendo el segundo generador de estos residuos tras Alemania, país que sólo vierte el 3% de lodo sin tratar frente al 22% de L.E.D.A.R.U. españoles destinados a vertederos. Estas estadísticas de fuentes europeas ratifican los datos y causas ya comentados en el apartado 2.1.3. del presente estudio, donde se analizaba la situación actual a nivel estatal. Segunda opción tradicional de tratamiento del lodo es el tratamiento térmico (p.e. incineración). Mientras ofrece una solución simple y eficiente especialmente para las aglomeraciones grandes también tiene importantes desventajas como problemas con la aceptación pública, altos costes de construcción y la facilidad de operación ("quema del agua"). La incineración del lodo de depuradoras de aguas residuales urbanas (en 1000 m³), todo el lodo dispuesto por la incineración directa o después de mezclar con la otra basura.

TABLA 17._VOLUMEN DE LODOS DE DEPURADORAS PROCEDENTES DE AGUAS RESIDUALES URBANAS (1000 m³ M.S.) INCINERADOS EN LOS PAÍSES MIEMBROS DE LA UE. FUENTE: Datos de Eurostat; Estadísticas ambientales: Meta datos del agua de la EUROSTAT en formato de SDDS: Metodología sumatoria.

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La tercera opción popular es reciclaje del lodo de aguas residuales en tierra (generalmente después del tratamiento previo apropiado). Esta opción ofrece muchas ventajas como los lodos de aguas residuales son fertilizante muy bueno y tienen notable potencial de la mejora del suelo. Desafortunadamente presentan también peligros - hay riesgo de concentración de sustancias potencialmente peligrosas en los suelos, conjuntamente abre la presencia de sustancias y sus impactos causan la posibilidad de la amenaza a la salud pública y al ambiente. El hecho que la calidad del lodo varía entre las diferentes depuradoras de aguas residuales, tan bien como cambian con el tiempo - hacen aún más complicados el control apropiado de lodo y su uso. Hay diferencias grandes para los estados miembros se referentes al reciclaje del lodo en agricultura. En algunos países es la manera más popular de tratar de lodo - en alguno otro el lodo no se utiliza en absoluto. Es debido a las varias razones: - el nivel de contaminación que hace el lodo inadecuados, - carencia de confianza de granjeros y los consumidores, - escasez de tierra disponible en la distancia adecuada, - competición del otro fertilizante orgánico (p.e.: abono). ALEMANIA El país germánico es uno de los miembros comunitarios con niveles de producción de lodos superior a España, tal como se observa en los anteriores datos estadísticos europeos. Tal como indicamos el origen del lodo de aguas residuales es producido por la sedimentación después del tratamiento de las aguas residuales, de ello que sea uso frecuente como fertilizante agrícola debido a su alto contenido del nitrógeno y del fosfato. Esta práctica se está reduciendo perceptiblemente en Alemania debido a la legislación terminante, pues el lodo de aguas residuales contiene sustancias nocivas que se podrían dispersar y acumular en la tierra. Como medida preventiva, solamente el lodo de aguas residuales de alta calidad todavía se utiliza en agricultura. El resto se incinera y se utiliza en la producción energética. Sin embargo, las sustancias peligrosas pueden también ser emitidas cuando el lodo se quema en centrales eléctricas y plantas del cemento. Las soluciones técnicas desarrolladas y probadas para el uso y la disposición respetuosos del medio ambiente del lodo de aguas residuales incluyen: • tratamiento (secado) • reutilización (agricultura) • combustión (emisiones y producción de la energía)

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2.4. Contemplación de los L.E.D.A.R.U. según normativas Actualmente existe escasez de información y de estadísticas debido, tanto a deficiencias en la legislación o en su aplicación, como a la falta de homogeneidad en los registros administrativos entre CC.AA. Debido a ello se dificulta el conocimiento de la situación respecto a infraestructuras, gestores, tratamiento y destino de los residuos, así como su contribución a las emisiones de gases de efecto invernadero, GEI.

NORMATIVA EUROPEA LODOS DE EDAR • Directiva 86/278/CEE del Consejo de 12 de junio de 1986 relativa a la protección del medio ambiente y, en particular, de los suelos, en la utilización de lodos de depuradora en agricultura, estableció los principios que deben presidir las regulaciones nacionales sobre la utilización de lodos en la agricultura, buscando un equilibrio entre el interés agrario y el ambiental. La citada Directiva prohíbe el empleo de lodos sin tratar, salvo en los casos de inyección directa o enterramiento en el suelo, si lo autorizan los Estados Miembros (en España no está autorizado). • Working document on sludge (3º draft). Tercer borrador del documento de trabajo de lodos (27 de Abril de 2000). Comisión europea. • Dictamen 2001/C 14/26 del Comité Económico y Social sobre la revisión de la Directiva 86/278/CEE del Consejo relativa a la utilización de los lodos de depuradora en agricultura. • Decisión de la Comisión de 28 de agosto de 2001 por la que se establecen los criterios ecológicos para la concesión de la etiqueta ecológica comunitaria a las enmiendas del suelo y los sustratos de cultivo. • Directiva del Consejo de la UE 91/271/CEE sobre tratamiento de aguas residuales urbanas. Se trata de la Directiva fundamental en cuanto normativa de tratamiento de aguas se refiere ya que marca los plazos y tratamientos de depuración de las aguas residuales urbanas, estableciendo las características para que determinadas zonas deban ser declaradas como sensibles. También establece que los lodos se reutilizarán cuando sean aptos para ello; se considera que el uso del lodo en agricultura es una solución sostenible, siempre que se asegure que la calidad del lodo es compatible con las

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exigencias de protección del medio ambiente y de la salud humana y se señala que los distintos procedimientos para su eliminación minimizarán los efectos sobre el medio ambiente. • Orden de 12 de noviembre de 1987 sobre normas de emisión, objetivos de calidad y métodos de medición de referencia relativos a determinadas sustancias nocivas o peligrosas contenidas en los vertidos de aguas residuales.

ESTADO ESPAÑOL. LODOS DE EDAR • II Plan Nacional de Lodos de Depuradoras de Aguas Residuales – EDAR II PNLD (20072015). • Resolución de 14 de junio de 2001 de la Secretaria General de Medio Ambiente, por la que se dispone la publicación del Acuerdo del Consejo de Ministros de 1 de junio de 2001, por el que se aprueba el Plan Nacional de Lodos de Depuradoras de Aguas Residuales Urbanas-EDAR (PNLD) (2001-2006). • REAL DECRETO 1481/2001, de 27 de diciembre, por el que se regula la eliminación de residuos mediante depósito en vertedero. • Real Decreto 1310/1990 de 29 de octubre por el que se regula la utilización de los lodos de depuración en el sector agrario. incorpora la Directiva del Consejo 86/278/CEE, 12 de junio de 1986, al ordenamiento jurídico español, estableciendo la forma y dosis de aplicación, a fin de prevenir los actos perjudiciales sobre el suelo, el agua, la cubierta vegetal y la salud humana, con especial atención a determinadas especies químicas inorgánicas, como los denominados metales pesados. • Orden de 26 de octubre de 1993 relativa a los controles que deben realizar las Comunidades Autónomas para el seguimiento de la utilización de los lodos de depuración en la actividad agraria y sobre el Registro Nacional de Lodos, adscrito al Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación, para establecer los cauces de recopilación final de la información, de forma que pueda también cumplirse con el mandato de la Comisión Europea de elaborar un informe de síntesis sobre el empleo de los lodos en la agricultura.

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• Resolución de 28 de Abril de 1995 por la que se dispone la publicación del acuerdo del Consejo de Ministros de 17 de febrero de 1995, por el que se aprueba el Plan Nacional de Saneamiento y Depuración de Aguas Residuales_1995-2005. • RD 824/2005, de 8 de julio, sobre productos fertilizantes. Regula las enmiendas orgánicas elaboradas con residuos orgánicos entre los que se incluyen los lodos de depuradora.

COMUNIDAD AUTÓNOMA DE CANARIAS • Plan Integral de Residuos, aprobado en mayo de 1997, cuantifica en 197.954, 2 toneladas/año (Tenerife) y 249.867 toneladas/año (Las Palmas) los residuos inertes que genera, aunque en el Plan Insular de Recogida, Tratamiento y Depósito de Escombros de la Isla de Tenerife se da la cifra de 1.102.920 m³/año, que difiere de la anterior. • Plan de saneamiento, depuración y reutilización de aguas residuales de Canarias. Expansión de adecuados sistemas de gestión de los lodos.

La estructura del plan

contempla las actuaciones de interés nacional como las de interés regional e insular en materia de saneamiento, depuración y reutilización. La mejora del tratamiento de aguas residuales se desarrolla a través de tres líneas de actuación diferenciadas como son la mejora de la recogida y transporte de las aguas residuales, la mejora de los sistemas de depuración de aguas residuales, para lo que se crean nuevas estaciones depuradoras, y el control de la calidad de las aguas. • Plan Integral de Residuos de Canarias (2000-2006) (PIRCAN), aprobado por Decreto 161/2001, de 30 de julio (BOC nº 134 de 15/10/2001).El Plan Integral de Residuos de Canarias (PIRCAN) está integrado por: Plan de Gestión de Envases y Residuos de Envases Plan de Residuos Especiales Plan de Residuos Industriales Plan de Residuos Sanitarios Plan de Residuos Agrícolas Plan de Residuos Ganaderos Plan de Residuos Forestales Plan Integral de Residuos Peligrosos Plan de Residuos Urbanos

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Para el logro de los objetivos previstos en cada uno de dichos Planes, se plantearon actuaciones en torno a las siguientes líneas: Desarrollo Legislativo Programa de Desarrollo de Infraestructuras Programa de Desarrollo Administrativo de Control y Seguimiento Programa de Prevención, Reducción y Minimización

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2.5. Técnicas de gestión de L.E.D.A.R.U. empleadas. Las técnicas de gestión de lodos de estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas pueden clasificarse según diferentes enfoques. Por ello, aunque se refieren a las mismas técnicas, aparecen reunidas por el objetivo del proceso, por la finalidad de la técnica y por el estado del lodo que tratan. En las agrupaciones de técnicas atendiendo al enfoque, se encuentran: •

según el objetivo del proceso, están distinguidas por el tipo de proceso: - TÉCNICAS DE REDUCCIÓN - TÉCNICAS DE RECUPERACIÓN DE NUTRIENTES - TÉCNICAS DE VALORIZACIÓN. APLICACIONES

•

según la finalidad, se toma como referencia el resultado genérico conseguido. Las técnicas reunidas como: - OBTENCIÓN DE COMPOST - OBTENCIÓN DE ENERGÍA - REDUCCIÓN DE MASA Y ESTABILIZACIÓN - REDUCCIÓN DE MASA, ESTABILIZACIÓN Y ENERGÍA

•

según el estado del lodo que tratan: - LODO NO DIGERIDO: COMPOSTAJE Î AGRICULTURA SECADO TÉRMICOÎVALOR. ENERG., AGRIC., VERTEDERO SECADO BIOLÓGICO Î VERTEDERO

- LODO DIGERIDO: COMPOSTAJE Y/O AGRICULTURA SECADO TÉRMICO Y/O VALOR. ENERG., AGRIC., VERTEDERO SECADO BIOLÓGICO Y/O VERTEDERO

Entre las clasificaciones de técnicas indicadas, se decide desarrollar las técnicas según el objeto del proceso que las determina, por ser una clasificación mas detallada, comprensible y conlleva la globalidad de técnicas.

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2.5.1- TÉCNICAS DE REDUCCIÓN. La necesidad del exceso de lodos residuales generados deriva por lo tanto a considerar las modalidades del tratamiento del lodo, con el objetivo de disminuir los costes de la digestión que pueden alcanzar hoy el 40% de los totales de los costes de gerencia del sistema. Las técnicas de reducción de producción de lodos se pueden considerar una intervención "preventiva", a fin de contener los costes posteriores de eliminación. Aunque estamos en estudio de una serie de procesos destacados en el fin de la reducción como: 2.5.1.1.- PROCESO DE REACTOR BIOLÓGICO DE MEMBRANA CON CATALIZADOR, CMBR. La tecnología principal de este proceso es obra de una integración eficaz de microorganismos y las reacciones químicas específicas para lograr totalmente la mineralización de los residuos orgánicos en dióxido de carbono, agua y minerales disueltos. El resultado del proceso es esencialmente una versión microbiológica de la incineración. Además se puede configurar para la conversión anaeróbica de materia orgánica en energía rica en metano y agua, esta variación es particularmente apropiada cuando la recuperación de energía es una prioridad o una pragmática potencial. Unidad biológica

Unidad membrana

Bomba permeado

Lodos de exceso Recirculación

Fig. Esquema de biorreactor de membrana. El proceso de CMBR es un sistema de biorreactor de membrana catalizado (CMBR) que funciona como un proceso de tratamiento biológico acelerado con una producción insignificante de lodos orgánicos, y es catalizado con la ayuda de un proceso de oxidación inherente a la fase vapor o procesos de hidrólisis. El proceso CMBR es muy robusto y agresivo, combina las mejores características de ambos procesos aerobios y anaerobios. Configurado como un proceso aeróbico que todavía requiere un alto grado de aireación, pero los extremadamente elevados niveles cinéticos generados por la elevada temperatura de operación (45º a 75º C), junto con la resistencia a carga de choque y la baja producción de lodos residuales, hace que sea un proceso muy atractivo para los desechos de lodos.

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La base del proceso de CMBR esquemática, el proceso es simple:

Unidad membrana R id

Sistema de separación de sólidos

Reactor biológico termofílico

Efluente

Tratamiento químico

Fig. Esquema proceso de CMBR. Como muestra el esquema, la incineración catalizada de los lodos biológicos implica sólo tres pasos de unidades de proceso: 1. Tratamiento biológico: que puede ser aeróbico o anaeróbico, termófilo o mesófilos, dependiendo del carácter de residuos, la cantidad de residuos, los objetivos del propietario y las actuales instalaciones. Hasta el termófilo, en condiciones aeróbicas, acelera enormemente la actividad biocinética. Esto provoca una reducción del volumen del reactor necesario y, por tanto, la huella ecológica, al menos el 20% que se requiere con la tecnología convencional. El reactor se realimenta caloríficamente para alcanzar la temperatura termófila necesaria para estos beneficios. 2. La separación de sólidos: El agua limpia debe ser separado de la biomasa. La mayoría de las instalaciones de CMBR están diseñadas con ultrafiltros para este fin, debido a la sencillez de funcionamiento y excepcional eficacia posible. 3. Tratamiento químico: La clave para el proceso de destrucción de lodos es catalizar de manera eficiente la destrucción biológica de grandes compuestos moleculares que son resistentes a la degradación biológica. Esto se logra mediante la combinación de etapas termofílicas. Esta tecnología ha sido aplicada con éxito a una variedad de flujos de residuos pero no limitado a: residuos de los lodos de plantas municipales, ácidos orgánicos de alta resistencia, los residuos de fermentación, disolventes, residuos de alta de sal (3% -8% de sal), lodos de fibra viscosa, caudales fenólico, flujos de metanol de alta resistencia, flujos de nitrato de alta resistencia, los residuos de cosmética con alta grasas, aceites y grasas, transformación de

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alimentos y desechos. Los resultados a gran escala de sistemas completos han demostrado que el proceso de CMBR puede reducir los residuos orgánicos de los lodos como hasta el 100% la destrucción. Ventajas del sistema: - Producción baja o ninguna residual del lodo. - Pequeña huella ecológica -un 10% menor que la de sistemas convencionales. - Funcionamiento fácil; equipos y conceptos de proceso simples . - Alta capacidad de la velocidad de carga - inherente en el diseño. - Las sinergias realzadas con los sistemas del biorreactor de la membrana (MBR) y los procesos de la separación de los sólidos. Desventajas del sistema: - Operación del proceso biológico es un proceso del tratamiento en tres pasos y como tal requiere la operación y el mantenimiento (respecto a un tratamiento de contrato con vertedero o a un incinerador.)

2.5.1.2.- PROCESO ULTRAFILTRACIÓN EN BIO-REACTOR DE MEMBRANA. UF-MBR Los reactores biológicos de membranas MBR (reactor biológico + ultrafiltración) se incluyen en las denominadas tecnologías de membrana. Estas tecnologías de MBR aplicadas al agua residual permite la separación del fango y el líquido mediante membranas, obteniendo ventajas importantes frente a la separación en los tradicionales decantadores secundarios. El aumento de la demanda de agua ha impulsado la implantación de estos sistemas a escala real, especialmente en aquellos casos en que se plantea la posibilidad de reutilización de agua. El proceso es una tecnología que consiste en un reactor biológico integrado de crecimiento suspendido con un sistema de membrana de ultrafiltración, usando la membrana de fibra hueca. Esencialmente, el sistema de ultrafiltración sustituye la función de separación de sólidos de los decantadores secundarios y los filtros de arena de un sistema convencional de lodos activados.

Fig. REACTORES DE MEMBRANA PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

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Operan haciendo que el agua del reactor biológico sea filtrada pasando a través de las paredes de una membrana, debido a la depresión provocada por una bomba centrífuga. El agua filtrada es extraída del sistema mientras el fango y los compuestos de tamaño superior al poro de la membrana quedan retenidos y permanecen o retornan al reactor biológico. Este ciclo se alterna con un corto contralavado, en el que se invierte el sentido del flujo para forzar el paso del agua filtrada desde el interior al exterior de la membrana para limpiarla. Periódicamente, en función del grado de ensuciamiento, se realizan limpiezas químicas en profundidad de las membranas mediante su inmersión en una solución de limpieza. Los MBR están compuestos por dos partes principales: - Reactor biológico: responsable de la degradación de los compuestos presentes en el agua residual. - Módulo de membranas: encargado de llevar a cabo la separación física del licor de mezcla. Estos sistemas pueden adoptar dos configuraciones básicas:

Membranas sumergidas o sistema sumergido: Las membranas se sitúan dentro del propio reactor biológico, eliminando las necesidades de bombeo y aprovechando la agitación mecánica de la aireación.

EFLUENTE AGUA RESIDUAL

LODOS ACTIVOS

AIREACIÓN

AIREACIÓN

LODOS SOBRANTES

Fig. ESQUEMA DE BIO-REACTOR DE MEMBRANA (MBR) SUMERGIDA O SISTEMA SUMERGIDO. Las membranas se sitúan dentro del propio reactor biológico, eliminando las necesidades de bombeo y aprovechando la agitación mecánica de la aireación. Membranas externas o sistema de bucle externo: El contenido de reactor biológico se bombea al módulo de membranas. Las ventajas de este modelo residen en que el propio módulo de membranas sirve de contenedor de limpieza para las mismas y se evita su manipulación.

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AGUA RESIDUAL

EFLUENTE

LODOS ACTIVOS

AIREACIÓN

LODOS SOBRANTES

RECIRCULACIÓN

Fig. ESQUEMA DE BIO-REACTOR DE MEMBRANA (MBR) NO SUMERGIDA O SISTEMA BUCLE EXTERNO. La decisión del sistema depende del caso, la ubicación concreta y las instalaciones existentes. Estos sistemas presentan una serie de ventajas y desventajas frente a los sistemas tradicionales: - Operación de la planta con concentraciones de fango superiores (SS: 10 –20 g/l) a las del tratamiento convencional (SS: 3-4 g/l). - La filtración por membrana garantiza una calidad de agua tratada independientemente de la decantación del fango. Las membranas retienen los sólidos en suspensión y sustancias coloidales, lo que permite su reutilización para diversos usos. - Planta es más compacta, al prescindir del decantador secundario y reactor biológico mucho más pequeño (se puede reducir hasta 1/3). - Flexibilidad de operación: SRT y HRT se pueden controlar independientemente y con ello se puede mantener una edad del fango elevada que permita el desarrollo de microorganismos de crecimiento lento (nitrificantes...). - La oferta de nutrientes en el biorreactor respecto a la biomasa puede ser regulada, de manera que se generan tiempos de permanencia prolongados de la biomasa y de los nutrientes en el sistema, minimizando así la formación de lodos excedentes. - Elevado coste de implantación y explotación. - Las altas concentraciones de fango pueden influir de forma negativa en el rendimiento de la membrana, aumentando el TPM (Transmembrane Pressure) o disminuyendo el flujo a través de la membrana.

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TABLA 18._RENDIMIENTOS DEL PROCESO DE MBR PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES URBANAS FUENTE: [Manen y Sanderson, 1998, p.760-761]

Una combinación eficaz es el proceso de ciclo alternativo unido a la ultrafiltración con biorreactor de membrana

sumergida. En este proceso, en un reactor continuamente

alimentado, los ciclos aeróbicos y anóxicos se realizan alternativamente, teniendo en cuenta un retiro eficaz del nitrógeno. La longitud de los ciclos es determinado automáticamente en base del potencial de la oxidación-reducción (ORP) y del oxígeno disuelto (HAGA) señales.

Éstos revelan en el extremo del catión del nitrificado y procesos del catión del desnitrificado. El lavado alterno del ciclo fue manejado cerca usando un dispositivo de control patentado (Battistoni y Chemitec, 1999). Esto trabaja por medio del análisis diferenciado de las señales de HACE y ORP que viene de cada CSTR del biorreactor. El ACP se prueba continuamente en una instalación piloto situada en WWTP de Treviso. Este proceso se ha solicitado también el aumento del WWTP del Viareggio (el PE 20.000). En el momento que, en Italia, más de 80 plantas están trabajando con este proceso. En el consumo de energía, es interesante subrayar la manera la distribución de los difusores del gradiente dentro del reactor biológico, junto con los sopladores dirección basada en el ODORP en la línea señales, puede limitar el lodo sobre la aireación y optimizar el aire fuente con ahorros de la energía notables.

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2.5.1.3.- PROCESO DE OZONÓLISIS. El ozono (O3) es una forma alotrópica del oxígeno, constituido por tres moléculas de éste. Funciona tanto como protección frente a la radiación ultravioleta del sol, como potente oxidante y desinfectante con gran variedad de utilidades. La más destacada es la desinfección de aguas. [16] La ozonólisis destruye las bacterias y demás microorganismos, así como la materia orgánica que les sustentan. El ozono tiene el efecto oxidante por adición de un átomo de oxígeno; su acción de ozonólisis le permite actuar sobre los enlaces dobles, fijando la molécula completa de ozono sobre los átomos del doble enlace (acción sobre proteínas, enzimas, etc.). El ozono es efectivo frente a gran número de microorganismos sobre los que actúa con gran rapidez, a bajas concentraciones y en un amplio rango de pH, debido a su alto potencial de oxidación; además no presenta efecto inhibidor reversible en las enzimas intracelulares o, lo que es lo mismo, los microorganismos no desarrollan resistencia frente a él. Así mismo, elimina eficazmente la película biológica que se presenta como un reservorio de patógenos. Como exponíamos, los daños producidos sobre los microorganismos no se limitan a la oxidación de su pared, el ozono también causa daños a los constituyentes de los ácidos nucleicos (ADN y ARN), provocando la ruptura de enlaces carbono-nitrógeno, lo que da lugar a una despolimerización. Destruye así el núcleo de la célula eliminándola definitivamente. Su efecto sobre la biomasa es, en primer lugar, una sustancia química del estrés a nivel celular que conduce a la lisis de las bacterias más débiles o dañadas ya que forma parte orgánica del sustrato para los o más fuertes o de clase superior al ozono actuar sobre los virus, los sabores, el color y sobre ciertos micro-contaminantes. Cuando este gas es inyectado en el agua, puede ejercer su poder oxidante mediante dos procesos químicos: 1. Oxidación directa de los compuestos mediante el ozono molecular. 2. Oxidación por radicales libres hidroxilo. La potencia oxidante del ozono se caracteriza por las reacciones que provoca su molécula en contacto con el agua, generando radicales libres de hidroxilo [OH-]. En la siguiente figura comprobamos las redox que se producen hasta su generación e interacción con el agua.

FUENTE:

Böhler M., Siegrist H. (2004)

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El proceso de ozonólisis consiste en poner parte del exceso o la recirculación de lodos, en un breve pero intenso tratamiento con ozono. El alto potencial de oxidación del ozono conduce a la ruptura de material celular, que luego se metaboliza por la biomasa más fuerte.

Fig. A,B,C,D. Puntos posibles de la instalación donde insertar los desintegradores de lodo. El purificador de la actividad biológica no se ve afectada en su totalidad, por este proceso, ya que tiene el propósito de eliminar la parte inferior de los lodos orgánicos y, por tanto, hacer más eficiente la fracción realmente activa en la eliminación de contaminantes. Resultando del tratamiento, una disminución de la producción de lodos biológicos, con el consecuente ahorro de costos por parte de los operadores de plantas de tratamiento de aguas residuales.

Fig. Esquema del proceso de ozonólisis en lodos de recirculación partially financed by Rivoira/Praxair, Lariana Depur S.p.A., Comodepur S.p.A. and CAP Gestione S.p.A.

La planta conformada por un almacenamiento de oxígeno líquido en la gasificación con un generador de ozono alimentado con oxígeno en gas y electricidad y se enfría el agua, una

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disolución, y el contacto entre el ozono y el producto de la orgánica de barro purificación, acompañada de todos los sistemas de medición y control. 2.5.1.4.- PROCESO DE HIDRÓLISIS TÉRMICA. El tratamiento reductor de hidrólisis térmica (HT) se refiere a sistemas acuosos (p.e. en suspensión, soluciones, mezclas) calentados y presurizados a 300º C y a 100 bar, bajo condiciones anóxicas o reduciendo en condiciones electroquímicas en la fase de gran volumen. La hidrólisis térmica es un tratamiento previo para lodo espesado de carácter térmico, el cual destruye las membranas celulares y haciendo el contenido de la célula accesible para la degradación biológica. La temperatura óptima para este proceso está entre 150º -180º C a 8 10 bar de presión. En el umbral de los 180º C se produce la formación de compuestos nobiodegradables recalcitrantes( Haug y Al. (1983)). LODOS CRUDOS

LODO TERMOHIDROLIZADO

HIDRÓLISIS TÉRMICA

Fig. Proceso de hidrólisis térmica. La hidrólisis térmica desintegra la estructura celular de las bacterias y solubiliza los exopolímeros arrastrándolo a un producto fácilmente digerible. Así las bacterias vivas, bacterias muertas, sólidos en suspensión inertes y exopolímeros, componentes del lodo crudo al 16-17% de materia seca, por la hidrólisis térmica pasan al 8-12% de materia seca como sólidos en suspensión hidrolizados, contenido celular, etc. Consigue así una reducción en volumen del lodo mejorando sus características de desecación: sequedad final de 28-35% después de la centrifugación y 35-50% después de desecar con una prensa filtrante, sin abonar con cal.

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Además de reciclar energía cuando el proceso HT es combinado con tratamiento biológico de digestión y produciendo una reducción de los lodos del 80% respecto a los tratamientos convencionales. En el esquema siguiente se muestra la combinación indicada, implementada en planta y diagrama de planta.

Fig. Esquema del proceso HT. Realizando el proceso completo del esquema inferior, los lodos pueden ser reducidos en un % de volumen importante y recuperar energía por medio del digestor con el biogás.

Fig. Diagrama del proceso de HT implementado en la línea de tratamiento de lodos.

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Si se realiza el diagrama completo del proceso del esquema, se consiguen aspectos positivos de la hidrólisis térmica como: - tratamiento más eficaz, según consideraciones energéticas porque es realimentado el sistema por el biogás generado en el digestor. - deshidratación muy buena del lodo final. - la mejor desinfección del lodo. Como aspectos negativos, tenemos: - Ensuciar de los cambiadores de calor. - Olores posibles si no son las corrientes del gas tratado. 2.5.1.5.- PROCESO MECÁNICOS. ULTRASONIDOS. La aplicación de los ultrasonidos engendra fuerzas mecánicas (implosión de burbujas) que provocan en un primer momento la disgregación de los copos de lodo y, en función de la frecuencia sobrepuesta, también la rotura de las células micróbicas. U U ll tt rr aa ss oo uu nn dd ss ::

pp hh yy ss ii cc aa ll aa nn dd cc hh ee m m ii cc aa ll m m ee cc hh aa nn ii ss m m ss

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Es decir, por el efecto de la cavitación de las partículas de lodo se consigue: 1. Destrucción de los lodos agregados (copos) 2. Separación de extracelular sustancias 3. Destrucción de las partículas (si la energía es superior a la energía intermolecular de los lodos).

U U ll tt rr aa ss oo uu nn dd ss :: ee ff ff ee cc tt ss oo nn bb ii oo -- m m aa ss ss

é n e r g ie -

dDESTRUCCIÓN e - s tr u c tu r in DEg oCOPOS f a g g re g a te s

-

l i b e rLIBERACIÓN a t i o n a n dY a c t iACTIVACIÓN v a t i o n o f DE e n z y mENZIMAS es

-

dBACTERIAS a m a g in g o f bPELIGROSAS a c t e r ia

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IDONEIDAD EN EDAR LPGC: - Aplicación de los sistemas de ultrasonido consiste en la posibilidad de mejorar los rendimientos de la digestión anaeróbica (entre el 10 % y el 25 %) y por lo tanto aumentar en la misma magnitud la producción de biogás y disminuir el contenido seco de los barros que eliminar. - Reducción de la dimensión de los agregados presentes en el lodo, consigue la conversión de sustancias orgánicas por la forma particular soluble o coloidal. Se consigue por lo tanto un aumento de D.Q.O. rápidamente biodegradable. EXPERIENCIAS REALES: La aplicación del ultrasonido para la reducción de los fangos ha sido probada sobre muchas instalaciones a escala piloto pero también a escala real para el tratamiento de lodos primarios y secundarios. A pequeña escala se realizó en la planta depuradora de aguas residuales Saint Sylvain d’Anjou (Francia) de (6300 habitante equivalente). El experimento será realizado en la escala real, usando la cantidad total del flujo de lodo de vuelta de una pequeña planta de purificación de agua (6,500 habitantes/equivalente). Esperan que la técnica reduzca la cantidad de lodo por al menos el 30 %, por lo tanto reduciendo la presión sobre el ambiente. Saint Sylvain Caso INCINERACIÓN Reducción del 30% lodos Costes de la electricidad 0,05 € / kWh: Producción de lodos:

6300 h.e.

Caso Caso PLANTA MAYOR PLANTA MAYOR + esparcimiento +incineración 100000 h.e.

1400 ton lodos (DS 4%)

continuo engrosamiento máquinas

280 ton lodos (DS 20%)

9.240 ton lodos (DS 20%)

56 ton de lodo seco

1848 ton de lodo seco

*DS: lodos secos

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Fig. ESQUEMA IMPLEMENTACIÓN DE LAS UNIDADES DE US, PUNTOS DE ANÁLISIS PROPIEDADES DE LODOS.

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2.5.1.6.- PROCESO DE OXIDACIÓN HÚMEDA. ( W.O. ,ATHOS, Aqueous Thermal Oxidation of Sludge) Consistente en poner el fango en contacto con un gas oxidante (oxígeno) en húmedo y una temperatura de 250-300° C y alta presión (de 70-150 bar). Los tiempos de residencia en el reactor de oxidación oscilan entre 15 y 120 minutos en función del grado de oxidación requerido. La demanda química de oxígeno (DQO) se reduce en un rango de típicamente de cerca del 75% hasta el 90% (Djafer et al.,1994). El fango se transforma en tres productos: - líquido que se devuelve al inicio instalación implantada, - gas que puede ser descargado en los minerales - residuos inertes en la fase líquida que pueden ser recuperados. La oxidación húmeda opera siempre en fase acuosa, oxidando los compuestos orgánicos e inorgánicos, tanto disueltos como en suspensión, usando oxígeno (o aire) a temperaturas y presiones elevadas pero siempre en condiciones subcríticas. Es necesario mantener, a las temperaturas en que se realiza la oxidación, una presión suficiente que retenga el agua en fase líquida (como agua sobrecalentada) y al unísono mantenga una concentración suficiente de oxígeno soluble. Los principales componentes del proceso comprenden un tanque de reacción o reactor, bombas de alimentación y recirculación, intercambiadores de calor y caldera, unidad de tratamiento de gases, equipos de dosificación, depósito de oxígeno y decantador lamelar (Figura 1). El tanque de reacción es un recipiente a presión de diseño convencional fabricado con materiales metálicos especiales para soportar las temperaturas y presiones indicadas, así como resistencia química a la corrosión.

Fig. ESQUEMA DEL PROCESO DE OXIDACIÓN HÚMEDA CON OXÍGENO ATHOS

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IDONEIDAD EN EDAR LPGC: -Lodos de cualquier tipo, primaria, biológica, mixtos, digerido, urbano o industrial. - Posibilidad de reducciones en la producción de lodos entre el 30% en sólidos secos (S.S.). - Sistemas para el tratamiento de líneas tanto de 50.000 a 400.000 habitantes equivalentes como para las plantas con menor potencial (entre 10.000 y 50.000 habitantes). - Producción de gas esencialmente limpio ya que contiene vapor de agua, dióxido de carbono, molecular de nitrógeno, amoniaco, pero no bastante, a diferencia de la producida por incineradores, o de polvo o gases ácidos. - Sistema autosuficiente en términos de energía, el fango saliente se enfría por pre-calentamiento de los lodos de entrada. EXPERIENCIAS: Planta de demostración implantada de Toulouse, posteriores construcciones de tres plantas en la Unión Europea: Toulouse (Francia) Trucazzano (Italia), Epernay (Francia) Bruselas Norte (Bélgica). En la tabla 1 se indican las capacidades de tratamiento, caudales y hora de operación.

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2.5.1.7.- PROCESO DE OXIDACIÓN AGUA SUPERCRÍTICA.

El estado supercrítico de una sustancia se consigue sometiéndola a presión y temperatura por encima de sus valores críticos, lo cual supone gran esfuerzo económico. En el caso del proceso, donde se lleva el agua a estado supercrítico hay que elevar la presión por encima de las 220 atm y la temperatura por encima de 374ºC. En el agua supercrítica conforme la densidad y constante dieléctrica disminuye, la solubilidad de los compuestos orgánicos aumenta y la solubilidad de las sales disminuye. Bajo condiciones supercríticas el agua se comporta como un solvente orgánico y es termodinámicamente estable. En estas condiciones el agua supercrítica es miscible con O2.

Fig. Caracterización del SCW en el diagrama de fases de estado del agua en presión y Tª. En el proceso supercrítico de la oxidación del agua (SWCO), la mezcla de residuos será presurizada y precalentada y después introducida en el compartimiento de la reacción para la exposición al oxidante (oxígeno, aire, o peróxido de hidrógeno). La relación temperaturatiempo de la exposición es rigurosamente controlada. El tanque de alimentación se equipa de un agitador diseñado para el lodo viscoso. La conexión inferior del tanque de alimentación, figura abajo, está conectado con una mono bomba y un macerador para eliminar las partículas grandes que entran en la bomba de alta presión. La bomba de alimentación de alta presión levanta la presión de la alimentación a la barra cerca de 250 y bombea la alimentación a través del sistema de SCWO.

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Fig. ESQUEMA DEL PROCESO DE OXIDACIÓN POR AGUA SUPERCRÍTICA.

Puede ser la solución total para la destrucción del lodo de aguas residuales: el carbón y el hidrógeno de sustancias orgánicas y biológicas se oxidan al CO2 y a H2O; nitrógeno, sulfuro y N2 fosforado de la forma, SO4 2) y PO4 3), respectivamente; los cloruros orgánicos se convierten al Cl); y los metales pesados se oxidan a los óxidos correspondientes. Casi todas estas reacciones han demostrado conversiones de 99.99% en 600 C con un rato de residencia de 30 segundo o menos (Svanstro¨ m y Al. 2001). PROCESO;

La alimentación entra en un economizador donde es precalentada por el efluente del reactor. Después de dejar el economizador, la alimentación entra en el calentador. Comienza a elevarse o si la concentración orgánica es más baja que 3%, la alimentación tiene que ser calentada más lejos, antes de alcanzar el reactor, p.e. en un calentador de gas. De la salida del calentador, la alimentación caliente entra en el reactor. En el reactor, el oxígeno se inyecta para comenzar la reacción de la oxidación. La reacción de la oxidación genera calor y, consecuentemente, la temperatura del reactor aumenta. La concentración de la alimentación entrante puede ser demasiado alta para la oxidación completa del material orgánico ocurra en un paso sin exceder la temperatura del diseño del reactor, 600 °C. Consecuentemente, la basura se puede oxidar en dos etapas. Al principio de la segunda etapa el agua saciada se agrega con el oxígeno. El agua refresca el efluente de la etapa anterior lo bastante para permitir que el oxígeno adicional continúe la reacción de la oxidación sin exceder el límite de la temperatura

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Los beneficios de este proceso se indican por: - Alta reducción de S.V. y S.T. (60-80%). - Oxidación completa de materia orgánica (COD> reducción 99.9%). - Emisiones bajas del aire (NOx, necesidades del depurador de la SO2; ningún ácido clorhídrico, halógeno, furanos, dioxinas, PWB). - Residuales intrínseco resistentes a la lixiviación. - Adaptado a los lodos con el contenido del metal. - Proporciona la reducción completa en gas de efecto invernadero sobre WAO. - Adaptado al tratamiento de los desechos peligrosos. - Proporciona la recuperación de calor y es independiente económicamente. - Requisitos de combustible bajos Entre las desventajas de este tratamiento, tenemos en cuenta: - Problemas de la corrosión. - Requiere los sistemas de seguridad para dirigir el O2 puro o H2O2 como oxidantes. - Requiere compartimientos sofisticados de la reacción. -Necesidad d de tratar más lejos el gas para los compuestos del nitrógeno y de sulfuro. - Produce el amoníaco que puede afectar el proceso líquido del tratamiento. - Coste elevado del capital y de mantenimiento - Requiere del efluente ser limpiado y espesado previamente a 5-10%. - El lodo de la alimentación se requiere estar homogéneo y libre de arenas. - Requiere la disposición de la ceniza y la dirección efluente secundaria. - Las consideraciones de la energía son necesarias determinar viabilidad de proceso. - La selección de oxidante, de tiempo de reacción, de temperaturas y de presiones requiere estudio o el trabajo del piloto.

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2.5.1.8.- PROCESOS TÉRMICOS. SECADO TÉRMICO, INCINERACIÓN, PIRÓLISIS Y VITRIFICACIÓN. El proceso térmico del lodo está liderando las discusiones sobre métodos seguros de la disposición del lodo según requisitos legales. Los tratamientos térmicos (pirólisis e incineración) no son procesos como solución definitiva debido a que no producen la eliminación total de los residuos. Pero tienen ventajas importantes como tratamiento previo a la eliminación: -aprovechamiento energético, -destrucción de todo tipo microorganismos así como de los compuestos tóxicos orgánicos, -disminución del volumen (en torno al 50% en lodos secos). La principal desventaja de este tipo de procesos está en las posibles emisiones a la atmósfera que obligan a las plantas a instalar costosos sistemas de limpieza de gases de emisión. Debido a la composición de los lodos sobre las características de: Fango primario de EDAR Î C22H39O10N Fango combinado

Î C10H19O3N

Habría que desarrollar sobre los lodos: a) Su utilización como combustible alternativo en fábricas de cemento y en centrales térmicas. Se están finalizando los ensayos en planta piloto de esta vía de actuación, que parece especialmente indicada para los lodos secos en casos de alto volumen de producción y el contenido relativamente bajo de metales volátiles. b) La gasificación-vitrificación, transformándolos en un gas de poder calorífico moderado y un material mineral inerte de valor como árido para hormigón y/o como material de relleno. La cantidad de agua (humedad en %) asociada al lodo determina la viabilidad de uno u otro proceso según la figura adjunta:

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La eficacia de los diversos sistemas de tratamiento en la deshidratación de los fangos de depuradora se muestra en la figura inferior. El eje de ordenadas indica el contenido normal de materia seca por unidad de volumen de fango, mientras que en el eje de abscisas aparecen los rangos normales de materia seca que consigue cada sistema.

Fig.

DIAGRAMA DE EFICACIA DE LOS DIVERSOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO EN LA DESHIDRATACIÓN DE LOS LODOS DE DEPURADORA.

Los lodos de EDAR en particular tienen un comportamiento característico y en su tratamiento de estabilización por secado térmico, existen dos puntos que son críticos: Humedad de pegado, es el rango de humedad por debajo de la cual el fango no se queda adherido en la pared, depende de la cantidad de materia orgánica presente. Los fangos suelen ser pegajosos con contenidos del 35 al 60% de ms. Un contenido de humedad inferior al 50% suele ser suficiente para conferir al fango una textura consistente que impida la adherencia. Límites de autocombustión: es la combinación de concentración de volátiles, cantidad de oxígeno presente y temperatura capaces de provocar la autocombustión. Si no se toman las debidas precauciones es un accidente frecuente en las instalaciones de secado térmico.

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2.5.1.8a PROCESO DE SECADO TÉRMICO. El lodo de la EDAR después de ser espesado suele contener un 4% de materia seca, con una consistencia muy similar al agua, se denomina fango primario. Al tratarlo en una centrifuga, filtro banda o filtro prensa su porcentaje de sólidos se acerca al 30% y su aspecto es barro consistente. Si el lodo deshidratado se ha secado térmicamente permitirá eliminar el agua contenida en los lodos, transformado su consistencia húmeda-pastosa en un producto “peletizado” (pequeñas bolas de lodo seco), su porcentaje de materia seca oscila del 80 al 90% y su aspecto es granulado. La temperatura debe ser superior a 60ºC para garantizar la higienización de la etapa de secado.

Lodo deshidratado

Lodo “peletizado”.

Tratando térmicamente a partir de este estadio, se incinera o gasifica, la fracción orgánica desaparece y el residuo se transforma en una escoria que contiene únicamente la parte inorgánica junto con los inquemados que hayan podido generarse. Luego será aplicable a la agricultura, material soporte compostaje, cementeras, centrales térmicas y gasificación. Según el método de secado tenemos: secado directo, secado indirecto y sistemas de centrifugación. Secado térmico directo; en el caso de secado de fangos, estas elevadas temperaturas, junto a un tiempo elevado de residencia, pueden dar lugar al desprendimiento de volátiles. Todo el calor lo aporta la corriente de gases calientes, que entra en contacto directo con el fango.

GENERADOR AIRE CALIENTE

Fig. ESQUEMA DE SECADO TÉRMICO DIRECTO

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Este sistema de secado directo es de mayor eficacia en el calentamiento del aire por medio de los sistemas de cogeneración. Además de presentar versatilidad y simplicidad en los sistemas de generación de calor. Aunque lleva adosado inconvenientes como tener un elevado arrastre de partículas y volátiles, que el aire debe calentarse a alta temperatura, existe peligro de autoinflamación del fango y necesita recircular fangos para lograr el grado de sequedad exigido. Secado térmico indirecto; presentan una elevada inercia térmica. La cantidad de fango recirculado supone una masa de material seco en el interior del circuito. Los calentamientos súbitos son imposibles de corregir.

Fig. ESQUEMA DE SECADO TÉRMICO INDIRECTO El calor es suministrado por una caldera de vapor o aceite térmico que lo transmite al fango por medio de intercambiadores de calor. En el secador entra una ligera corriente de aire que arrastra el vapor de agua formado al exterior. Este tipo de secado indirecto conlleva ventajas como permitir el uso de fluido térmico sobrante de una operación de proceso, que la masa de aire es reducida y los sistemas de limpieza también lo serán. También se debe observar que genera problemas como requerir un nivel de temperatura importante en el fluido térmico a calentar (vapor o aceite) por lo que se adapta mal a los sistemas de cogeneración. Además que la inercia térmica es notable y en caso de paros no programados, alcanza alta temperatura en el fango, con el consiguiente riesgo de autoinflamación. Incluir como inconveniente que se precisa recircular gran cantidad de fangos para lograr que el grado de humedad a la entrada sea del 50%.

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Sistemas de centrifugación, que forman película fina combinado con un circuito de aire cerrado minimizan estos problemas. El lodo primario se centrifuga en una máquina situada en el interior de un secador. El calor se aporta en partes variables desde la caldera de vapor o aceite térmico que lo transmite, de manera indirecta, al fango por medio de intercambiadores de calor (camisa del secador) y a la corriente de gases calientes, que entra en contacto directo con el fango.

Fig. ESQUEMA DE SECADO TÉRMICO CON CENTRÍFUGA, Este método de secado con centrífuga presenta ventajas como permitir simplificar el sistema al admitir lodos primarios a la centrifuga, es un circuito relativamente cerrado, permite un rendimiento notable del sistema de cogeneración, porque reutiliza parcialmente en el calentamiento del aire. Los inconvenientes del sistema de secado mixto con centrífuga son la inercia térmica es moderada, usar los gases de combustión directamente para el secado precisa una masa de gases importante que hay que evacuar después del sistema. Edificio de secado térmico de la EDAR del Baix Llobregat, Cataluña.

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2.5.1.8b- PROCESO DE INCINERACIÓN. El proceso de incineración del lodo conlleva quemar en presencia del oxígeno a temperatura elevada en un dispositivo de combustión (Brunner 1991). La incineración reduce biosólidos a un residuo consiste mayoritariamente en ceniza, que es el aproximadamente 20% del volumen original. La materia orgánica y los agentes contaminadores orgánicos se incineran a H2O y al CO2 en las temperaturas de 850 a 950ºC. El proceso de la incineración destruye virtualmente todos los sólidos y patógeno volátiles, y degradan la mayoría del producto químico orgánico tóxico, aunque compuestos como dioxina pueden formarse, y los productos de la combustión incompleta deben ser controlado. Los metales no se degradan y son concentrados en la ceniza y en la macropartícula importe que se contiene en los gases de escape generado por el proceso. Por ello ventilar los dispositivos de control de producción (como los depuradores de alta presión) es necesario para proteger la calidad del aire. Además, la incineración es una opción costosa de la disposición para el lodo. Se catalogan como desechos peligrosos entre otras a causa de la contaminación de los metales pesados (Eddings y otros 1994; & de Wang; Lin 1998; Dangfran y otros 2000). Sin embargo, la incineración es una inversión costosa, y está también conforme a la regulación terminante referente a criterios de la combustión, gerencia de los residuos del tratamiento del gas de escape y tratamiento de la motas y de las cenizas inferiores. Desde un punto de vista económico, puede ser justificado para los lodos no permitidos ser utilizado en agricultura. La tabla siguiente enumera algunas de las tecnologías de la incineración para el lodo de aguas residuales ya en funcionamiento y bajo desarrollo adicional. Comparado a la coincineración, solamente es posible la recuperación de nutriente de las cenizas de la monoincineración del lodo, como el fósforo.

TECNOLOGÍAS

CARACTERÍSTICAS

Pyrobuster

Pirolisis e incineración en dos hornos rotatorios separados.

EcoDry.

Horno de ciclón.

KALOGEO

Incinerador de estrato fluidificado.

SWSF-Proceso. Incinerador de estrato fluidificado. PyroFluid.

Incinerador de estrato fluidificado.

BioCon

Rejilla.

AWINA.

Rejilla con la rueda rotatoria.

ATZ-Proceso.

Rejilla.

Tabla. Tecnologías de la incineración del lodo de aguas residuales.

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Pueden diferenciarse los siguientes procesos de incineración: * Mono-incineración * Co-incineración en las incineradoras * Co-incineración en centrales eléctricas. * Co-incineración en industria del cemento. Existen exámenes actuales en relación con focos de reciclaje de nutriente de las cenizas del lodo de aguas residuales después de la mono-incineración en la recuperación nutriente. En Alemania, el 20% de la cantidad total del lodo de aguas residuales se trata en 23 plantas de la mono-incineración. La mono-incineración definida como combustión con exceso de aire. En la co-incineración el residuo se mezcla con el combustible de proceso. En este caso la legislación europea no permite que el residuo aporte más del 40 % de la potencia. Una de las principales desventajas de la mono-incineraciones es el elevado coste de las instalaciones, lo que obliga a construirlas de gran capacidad (para poblaciones entre 200000 a 800000 habitantes). Una solución a este problema es la co-combustión que consiste en la combustión junto con residuos municipales. Los lodos secos tienen un poder calorífico similar al de los residuos urbanos y además producen cantidades similares de contaminantes. En Alemania 10 de las 39 plantas en funcionamiento son de co-combustión (Werther y Ogada, 1999)

Fig. Esquema de planta incineradora. Los sistemas de termo destrucción de residuos son obligados por ley a tener una cámara primaria o de combustión y una cámara secundaria o de post-combustión para garantizar la ausencia de contaminantes en los gases o, al menos, una emisión de éstos inferior al límite

70

legal. Las operaciones llevadas a cabo en una planta incineradora de residuos se resumen en el siguiente gráfico:

Entre las operaciones de la planta incineradora se distinguen cinco: -Recepción y pretratamiento de los residuos. -Cámaras de combustión. -Recuperación energía. -Control de la contaminación. -Manejo de residuos y cenizas. De estas operaciones realizadas en la instalación se produce una distribución de la masa tratada, pues no desaparece si no se elimina en diferentes estados materiales. El balance másico (diagrama de Shankey ) de los sistemas de incineración, tal como se representa en la figura inferior, muestra como la mayor cantidad de residuos que produce una incineradora es en forma de emisiones gaseosas (77%), que se componen de gases y vapor de agua. Si el balance incorpora la masa de aire, las emisiones pueden superar el 95%

6 2.5%

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Tal como representa el diagrama respecto al resto de la masa se indica que el 20,5% se genera como escoria, será un residuo, y el 2,5% son cenizas volantes que también son un residuo. Respecto al 77% de los gases emitidos procedentes de una incineradora deben cumplir los límites que fijan las normas legales por lo que es preciso dotar a la instalación de una serie de técnicas capaces de destruir o retener los diferentes tipos de contaminantes. A medida que van disminuyendo los límites de las emisiones aumenta la complejidad del proceso de depuración. Independientemente de los niveles fijados es preciso disminuir la concentración de un conjunto de contaminantes que se comentan a continuación. El sistema de incineración se elige en función del tipo de residuo a quemar, así para los lodos de depuradora como lodos orgánicos acuosos, son adecuados los sistema siguientes: - Incineradores de horno rotatorio - Incineradores de lecho fluidizado - Incineradores de piso bajo o solera múltiple Las características de estos incineradores son comentadas a continuación. INCINERADOR DE HORNO ROTATORIO. Su gran flexibilidad al poder tratar sólidos lo hace el sistema más usado en incineración de residuos peligrosos dada, incluso contenedores metálicos, (lo cual es muy útil en el caso de residuos peligrosos), líquidos o gases. Según la temperatura de trabajo podemos distinguir: - Hornos que trabajan con cenizas sólidas y con rangos de Tª de 800º a 1000ºC. - Hornos que trabajan con cenizas fundidas, con Tª superiores a los 1000ºC, incluso alcanza los 1650ºC. Llegan a superar el 100% exceso de aire. Conectada a la descarga del gases del horno va la cámara de post-combustión o cámara de combustión secundaria, donde los gases que sólo alcanzaron la combustión parcial la alcanzan ahora totalmente. Para ello la temperatura en esta cámara es mayor, de 980 a 1200ºC. Ambas cámaras pueden recibir combustible auxiliar. El tiempo de residencia del residuo, normalmente entre 30 y 60 minutos, puede controlarse con la velocidad de rotación del horno, la velocidad de alimentación del residuo. Puede incorporarse un ciclón de alta temperatura entre el horno y la cámara de postcombustión para evitar la descarga de partículas sólidas. Esquemas de hornos rotatorios aparecen en las figuras siguientes:

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Como inconvenientes tenemos productos de reacciones de combustión parcial, PCI y productos de combustiones secundarias. Como medida de protección ante fugas o pérdidas muy peligrosas se usan presiones negativas.

INCINERADOR DE HORNO DE LECHO FLUIDIZADO. Este tipo de horno ha sido concebido para el tratamiento de materiales conflictivos. El principio de funcionamiento estriba en la gran transferencia de calor que se lleva a cabo desde las partículas de refractario que constituyen el lecho que se mantiene en constante agitación, gracias al caudal de fluidificación. La alimentación se realiza por la parte central del lecho. La combustión se desarrolla en el seno de una masa en suspensión de partículas de inerte y adsorbente, junto con cenizas y combustible. Dicha masa es fluidizada por una corriente ascensional

de

aire

de

combustión.

Los

procesos

varían

entre

temple

neutro,

carbonitruración, cementación, nitruración, etc, según el cambio de los gases de fluidificación. Según la velocidad de flujo de aire distinguimos dos tipos de horno: lecho circulante y burbujeo. En función del diseño y del tipo de horno, el arrastre de material será más o menos intenso en ambos casos las partículas serán recogidas en un ciclón.

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Las ventajas técnicas que aporta el lecho fluidizado en comparación con el convencional pueden sintetizarse en: - Requiere menor exceso de aire, por tanto el rendimiento de la combustión será mayor. - Puede trabajar a temperaturas menores con lo que se evita la fusión parcial de las escorias del combustible en el seno del lecho. - Las instalaciones son más compactas. - Posibilidad de introducir catalizadores en el lecho. Pero desde la óptica medioambiental las ventajas son, más importantes: - Posibilidad de usar mezclas heterogéneas de combustibles, siendo el estado físico de alguno de ellos difícil (fangos). - Minimización de las emisiones de SO2 por adición de reactivos en el propio lecho (carbonatos) - Reducción de los niveles de NOx al trabajar a menores niveles térmicos y excesos de aire más reducidos. - Aumento del tiempo de residencia. INCINERADOR DE HORNO PISO BAJO O DE SOLERA MÚLTIPLE. Este tipo de incinerador es muy usado en incineración de lodos de EDAR. Los sólidos son alimentados por la parte superior de una cámara vertical cayendo sobre unas plataformas inclinadas y siendo arrastrados por unos brazos mecánicos, de una a otra, mientras el aire circula en contracorriente. La siguiente figura muestra el esquema interno de un horno de pisos.

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Se distinguen tres zonas a lo largo de la cámara: -zona superior de secado y calentamiento; -zona intermedia de combustión en la que se pueden alcanzar los 1000ºC; -zona inferior de enfriamiento de cenizas y precalentamiento del aire. La mayor ventaja de este tipo de horno es la eficacia en el tratamiento de residuos con alto contenido de humedad, siendo una desventaja el estrecho intervalo de tamaño de sólidos que permite tratar.

2.5.1.8c- PROCESO DE PIRÓLISIS. La pirólisis es la descomposición térmica de compuestos orgánicos de un material para transformarlo en otros materiales más fáciles de tratar, en ausencia de agente oxidante, como es el oxígeno y a temperaturas entre los 300º-650ºC. Al aumentar la temperatura disminuye la proporción de fracción sólida y aumenta el contenido en compuestos líquidos y gaseosos. Por ello, no es tratamiento final sino una etapa intermedia debido a que durante la pirólisis de lodos de depuradora se producen una serie de complejas reacciones químicas que llevan a la obtención de 3 fracciones: gas, líquido y sólido. Naturalmente la utilización de la pirólisis toma interés cuando los productos obtenidos son más fáciles de tratar que el original. La proporción relativa de cada fracción depende del material de partida y especialmente de las condiciones de reacción (temperatura y velocidad de calentamiento). La fracción sólida generada por los lodos es un residuo carbonoso, llamado char, que puede utilizarse como adsorbente en el tratamiento de aguas, eliminación de gases contaminantes, etc. Los metales del lodo se concentran en la fracción sólida, donde por otro lado es menor su lixiviación que en el lodo original.

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La fracción líquida se compone de un líquido piroleñoso de color oscuro y alta viscosidad, además de una mezcla de hidrocarburos y agua (procedentes de la descomposición de la materia

lignocelulósica).

Dicha

mezcla

de

hidrocarburos

se

puede

aplicar

como

biocombustibles, en proporción alta a temperaturas comprendidas entre los 500 y 600ºC. La fracción gaseosa es una serie de gases de CO2, CnHm, H2O e H2, cuya proporción relativa aumenta con la temperatura. Una variante de la pirolisis, que toma el nombre comercial de TERMÓLISIS, en tanto el proceso lo realiza a una temperatura que no sobrepasa los 500ºC. El esquema reproduce una planta de tratamiento de RDF (residuo combustible del RSU), en la que se pretende cerrar el ciclo de tratamiento. La hidrogenación es una variante de la pirolisis con la introducción de hidrógeno en el reactor durante el período de calentamiento.

Agua para condensación

Volátiles a CC oxidac. térm.

Fig. ESQUEMA DE INSTALACIÓN CON PROCESO PIROLÍTICO. VENTAJAS: El proceso de pirólisis presenta beneficios como: -Muy baja emisión de partículas. -Posibilidad de aplicación al tratamiento de suelos contaminados. -Los gases de síntesis son fáciles de usar en el propio proceso. INCONVENIENTES: Como inconvenientes hay que resaltar que parte del residuo original -Se transforma en una sustancia sólida carbonosa (char) de difícil reutilización. -Posibilidad de formación de productos tóxicos intermedios. -En fase de experimentación.

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2.5.1.8d.- PROCESO DE GASIFICACIÓN. El proceso de gasificación es un proceso térmico que convierte, por oxidación parcial a temperatura elevada de 600º a 1.000 ºC, una materia combustible o residual en un gas de moderado poder calorífico. Las combustiones, ya sean con defecto o con exceso de aire, son reacciones en estado gaseoso. De ahí que la gasificación tiene como finalidad transformar las substancias combustibles sólidas en gaseosas. Los gases resultantes son fácilmente transformables en energía por los sistemas convencionales. La depuración y limpieza de los gases es imprescindible para su uso posterior. Sin embargo esta etapa es más sencilla tanto por la calidad como cantidad de los gases generados.

Fig. ESQUEMA GASIFICADOR.

La gasificación por medio del gas de síntesis puede aplicarse a motogenerador específico, motogenerador secador, caldera digestores, caldera auxiliar secador, caldera auxiliar digestor y caldera vapor/turbina. Los beneficios de la gasificación son la gran reducción del volumen y posibilidad de recuperación energética más eficiente que la incineración. Reducidos caudales de gases a depurar. Como inconvenientes hay que citar la delicada depuración de los gases si éstos se introducen en un equipo cogenerador.

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2.5.2.- TÉCNICAS DE RECUPERACIÓN DE NUTRIENTES.

Los diversos caminos del tratamiento y por lo tanto la calidad del lodo tratado permiten la reutilización o el vertido del material. La integración de los procesos alternativos del tratamiento del lodo de aguas residuales tiene que ser estimada considerando aspectos ecológicos y financieros. Los riesgos de las ventajas tienen que ser evaluados también como posible según la conservación y la eficacia del recurso. El Ministerio de Educación e Investigación federal alemán (BMBF) junto con el ministerio federal del Medio Ambiente, de la conservación de naturaleza y de la seguridad nuclear (BMU) comenzaron un programa de ayuda para el desarrollo de las nuevas tecnologías del gran escala para la recuperación de nutriente, particularmente fósforo. El programa tiene como objetivo el reciclaje del fósforo y el producir fertilizante según los requisitos legales. Principalmente, hay tres posibilidades de la recuperación del fósforo del lodo de aguas residuales [11]: directamente de lodo activo o digirió el lodo, del lodo digerido o de la cenizas del lodo después de la mono-incineración. 2.5.2.1. TECNOLOGÍA SEABORNE. El objetivo de esta tecnología es la recuperación de nutrientes y el retiro de metales pesados simultáneo del lodo digerido. La tecnología Seaborne consiste esencialmente en tres módulos ligados que se juntan próximos y en el mismo complejo. El lodo anaerobio ya estabilizado es acidificado por el ácido sulfúrico. Los sólidos restantes se separan del flujo, se secan y se incineran. Las cenizas realimentan al proceso de la acidificación.

Fig.

DIAGRAMA DE LA TECNOLOGÍA SEABORNE, OBSERVADA EN LA DEPURADORA DE AGUAS RESIDUALES GIFHORN, ALEMANIA [14].

78

El gas del digestor, arriba en sulfuro de hidrógeno, se utiliza en la unidad de RoHM (retiro de la unidad de los metales pesados) para precipitar los metales pesados del flujo de proceso. En la segunda unidad principal del sistema, NRS sistema de recuperación de nutrientes donde el nitrógeno y el fósforo nutrientes del retiro son reciclados del flujo de proceso por la precipitación del hexahidrato de fosfato del amonio del magnesio (MAPA). Se separa el MAPA, el nitrógeno de sobra todavía contenido en el núcleo se pela como sulfato de diamonio (DAS). El sulfato ambos, del MAPA y del DAS se puede reutilizar como fertilizante en agricultura. La tercera unidad para el refinamiento del gas del digestor a la calidad del gas natural (gas regenerador que aumenta la unidad, RGU) es opcional. Este proceso Seaborne presenta una serie de beneficios como son: - Retiro de los agentes contaminadores (metales pesados y agentes contaminadores orgánicos) - Recuperación del nitrógeno y del fósforo materiales valiosos. - Reutilización en forma de un producto comercial del fertilizante. - Proceso del gas de la fermentación y/o del gas de alcantarilla al metano (calidad del gas natural).

2.5.2.2. TECNOLOGÍA CAMBI. El proceso de Cambi conlleva la hidrólisis térmica de las células del lodo para una digestión más eficiente del lodo de aguas residuales.

Fig. Esquema proceso HT. Previamente desecado, el lodo se precalienta en un tanque que reduce a pulpa antes de que vapor se agrega a 12 bar para alcanzar temperaturas de 150º a 160ºC y presiones de cerca de 8-9 bar en el segundo reactor.

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Después de refrescar, el lodo se alimenta en el digestor (véase fig. inferior). Los tiempos de retención típicos en el digestor se extienden a partir del 10 a 12 días.

Fig. Diagrama del en planta con proceso de Cambi (CHP, unidad calor y de energía combinada).

Fig. Planta CAMBI. La eliminación biológica del fósforo in situ de la depuradora de aguas residuales es necesaria para la unidad de desmontaje del nitrógeno y la extracción alcalina del fósforo. El fósforo se recupera del lodo digerido pero además del agua del lodo como hexahidrato de fosfato del amonio del magnesio (MAPA) después de desecar el lodo digerido. El proceso de termo hidrólisis de instalación Cambi presenta ventajas como: Secadores permiten operaciones automáticas. • Digestor compacto es el 50 % de un sistema de digestión convencional • Capacidad de recibir y tratar una variedad de lodo importado • Producción de energía neta eléctrica de 1MW.

80

• Producto sencillo para apilar y almacenar en aproximadamente el 35 % DS. • Volumen bajo de producto (~20,000 ton/año) • Con mucho, el coste de vida útil es más bajo.

2.5.2.3. TECNOLOGÍA KEPRO. Este proceso para tratamiento de lodos de depuradoras se ha desarrollado con el fin de recuperar fracciones diferentes procedentes de los lodos de agua residual, las cuales pueden ser separadas y reutilizadas. Cuatro productos principales son recuperados: - Biofuel - Fósforo - Precipitados - Fuentes de carbón Los lodos tratados son tanto lodos digeridos como lodos crudos. El proceso es continuo y puede ser dividido en siete etapas principales. como son: - Espesamiento - Acidificación -Hidrólisis térmica -Separación biofuel -Precipitación de fósforo -Separación de fósforo -Reciclaje de precipitados y fuentes de carbón

Lodo Externo Ácido Vapor Dilución Lodo Digerido Deshidratación

Mezcla MS 20 %

térmica 150 ºC pH 1 - 2

pH- ajustado

Lodos a Incineración MS 45 %

Deshidratación

pH- ajustado Agua Rechazada Tratamiento

pH- ajustado Separación Hidróxido férrico

Separación metales pesados

Fósforo precipitación

Fosfato férrico Fósforo Recuperac. 75 %

Recuperación Fe 40 %

Fig. Módulo KEPRO implementado en línea de lodos de E.D.A.R.

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El lodo espesado al 5-7% de lodo seco y acidificado a un pH entre 1-3. Los coagulantes, metales pesados y fósforo son parcialmente disueltos por este tratamiento. El material orgánico en suspensión está en un grado bajo de solubilidad. El lodo acidificado es calentado alrededor de 140ºC en un módulo reactor. El tiempo de retención en el reactor es 30-40 minutos y cerca del 40% de la materia orgánica suspendida se hidrolizan en un líquido biológico fácilmente degradadle. Los compuestos inorgánicos ahora se licuan. La materia orgánica sin disolver, principalmente fibras, en este momento son muy fáciles desecar, se separa en una centrifugadora con un contenido sólido seco cerca del 50%. La reducción del volumen comparado al lodo digerido desecado convencional es el cerca de 80%. El contenido en energía en esta fracción es alto, igual que virutas de madera, y puede ser utilizado de forma secuencial como combustible biológico. Los metales pesados se pueden separar junto con el lodo orgánico o más adelante en el proceso. El sobrante de la separación de lodo orgánico contiene las sustancias inorgánicas de las cuales ahora el fósforo se precipita como fosfato férrico. Esta fracción del fosfato es separada por centrifugación generando lodo de un contenido de materia seca al 35%. El contenido de metales pesados y de sustancias tóxicas orgánicas es muy bajo, por lo cual puede ser utilizado directamente como fertilizante en tierras de labradío. La fase líquida de la separación del fosfato contiene precipitados, la materia orgánica disuelta y nitrógeno. Esta fracción líquida se recicla en la planta de aguas residuales para el retiro nutriente. FRACCIONES DE AGUA, MATERIA ORGÁNICA E INORGÁNICAAGREGAD. ENRECUPERAC. Deshidratado NHOMIGÓN 1 ton TS SCEMENTO 20% DS 3 Volume 5 mBALASTO

AGUA

Secado 1 ton TS 90% DS

Volume 1, 1 m3

KREPRO 0, 5 ton TS 50% DS 3

Volume 1, 0 m

AGUA

ORG

ORG

INOR

INORG

AGUA

ORG INORG

82

2.5.2.4. TECNOLOGÍA CRISTALIZACIÓN DE LA ESTRUVITA. El caudal de alimentación es, en primer lugar despojado con el paso de aire en una columna para aumentar el pH, entonces los flujos a la aireación de la columna, y luego se bombea en un 1 m3 de volumen de reactor de lecho fluidizado (FBR). La unidad del proceso de cristalización de la estruviata (SCP) hasta 2,0 m3/h de sobrante anaeróbico en un modo continuo. Un aparato Dortmund en la parte superior de FBR evita el derrubio de materiales finos (velocidad lineal de 6 m/h).

Fig. ESQUEMA DEL PROCESO DE CRISTALIZACIÓN DE LA ESTRUVITA. El efluente de la FBR se recicla por el paso en la columna y el efluente final se obtiene a partir de la columna de descarga de aireación. Las cargas de nutrientes pueden ser convenientemente bloqueadas por la aplicación de un proceso de cristalización de estruvita (SCP) donde el nitrógeno y el fósforo fijado en los cristales de estruvita, junto con magnesio (MgNH4PO4). [tabla]

El SCP se ha aplicado ampliamente para el tratamiento anaeróbico de sobrantes procedentes de la digestión de lodos residuales y la co-digestión de lodos residuales junto con los desechos sólidos orgánicos, sin embargo su aplicación puede llevarse a cabo para cualquier a sobrante anaeróbica cuyas características físicas-químicas son similares a los siguientes: la concentración de fósforo superior al 30-50 mg P/l, amoníaco> 300 mg N/l, magnesio> estequiométrica solicitud y alcalinidad> 900 mg CaCO3/l.

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Fig. ESQUEMA DE PLANTA PARA EL PROCESO DE SCP.

Fig. ESQUEMA COLUMNA DE ARRASTRE/DESPEJE

Y

REACTOR DE LECHO FLUIDO

Siguiendo las dos posibilidades para realizar cristalización del fósforo, con y sin núcleo del material, los costes operacionales pueden ser diferentes. Usando la arena del cuarzo como núcleo del material, los costes son de 0.24 €/m3; cuando se obtiene la auto-nucleación, es

84

más barato puede bajar a 0.16 €/m3). Ambos análisis de coste no considera la posibilidad de venta de estruvita como fertilizante.

2.5.2.5. TECNOLOGÍA DE TERMO-CONVERSIÓN A BAJA TEMPERATURA. LTC. Durante el proceso de conversión termo-catalítico (LTC) se lleva a cabo anaeróbicamente, bajo condiciones normales de presión y temperatura entre 380-450 º C. Los gases condensados después de enfriado convergen a producto en "petróleo crudo", carbón, reacción de agua y sales. Una pequeña parte de los gases de escapes no condensables (hidrógeno, metano, etano, propano). Con un sólido orgánico permanece en el reactor, que contiene todas las sustancias no volátiles (incluidos la mayoría de los metales pesados).

Fotos del conversor LTC y productos recuperados de los lodos residuales. Principios básicos de la LTC para lodo de depuradora. El proceso de LTC equivale a la eliminación de grupos funcionales (grupos carbonilo, OH, SO, Cl) de las moléculas orgánicas.

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Reacciones química La biomasa bacteriana contiene hasta un 28-30% de lípidos, alrededor del 50% de proteínas y polisacáridos 5-30%. Las siguientes ecuaciones describen el esquema LTC durante el proceso de conversión: Proteínas:

Lípidos:

Hidrocarburos:

Las ecuaciones muestran que los hidrocarburos se formaron principalmente de las grasas (lípidos) y proteínas. En la naturaleza siguen siendo básicamente las cadenas de hidrocarburos intacto, sólo el amoniaco o el dióxido de carbono se han eliminado. Éste es un proceso catalítico, por el contrario, en un proceso pirolítico la división de carbonos se produce con límites. Por lo tanto, LTC no debe confundirse con la pirólisis. La siguiente figura muestra el diagrama de flujo de planta piloto. La conversión del sustrato se produce en un horno de calefacción eléctrica (10 kW). En condiciones anaeróbicas, el horno se calienta hasta 400° C durante 3 horas para responder alrededor de 300 - 1000 de sustrato.

Fig. Diagrama de flujo de planta piloto de LTC; (NCG: gases no condensables)

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Planta piloto Sobre la base de los resultados de laboratorio, se construyó una planta piloto. El proyecto fue apoyado por la fundación Deutsche Bundesstiftung Umwelt, Osnabrück. Los socios del proyecto han sido la Fa. Werkstoff und Funktion Grimmel Wassertechnik, Ober-Mörlen y la empresa Elektrotechnik Rünagel, Viereth-Trunstadt. La planta piloto se ensayó con éxito en la planta de tratamiento de aguas residuales Füssen, Alemania.

Foto. Planta piloto en la planta de tratamiento de aguas residuales Füssen, Alemania. Elementos señalados en la foto de planta piloto de LTC; a: almacén sustratos; b: tornillo de entrada c: circulación interna de la cama envasados; e: condensador; f: trampa de aceite. El reactor cuenta con un circuito interno. Esto permite la realización de los diferentes tiempos de retención.

GRÁFICA DE PORCENTAJES DE PRODUCTOS LTC DE LA PLANTA PILOTO DE FÜSSEN

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2.5.3.- TÉCNICAS DE VALORIZACIÓN. Las técnicas de valorización de lodos se enfrentan a varios aspectos cruciales como son el tipo y características físico-químicas de los mismos, para poder ser utilizados en el fin escogido. Además de tomar en cuenta los condicionantes del volumen a tratar y la viabilidad de la técnica que se desea emplear. Pues no será interesante una aplicación para lodos que no pueda asumir un volumen considerado de los mismos, genere deshechos de mayor perjuicio que los lodos eliminados o conlleve una inversión no rentabilizada por alguno de los aspectos sanitarios, medioambientales o de sostenibilidad. Las técnicas de valorización suelen basarse en los procesos descritos en los apartados de técnicas de reducción o recuperación. Siendo ello necesario para acondicionar el lodo a aplicar respecto a sus características o calidad. En muchas ocasiones la valorización del lodo se produce simplemente por disminución de su porcentaje en agua o eliminar componentes tóxicos. Partiendo de esta premisa se pueden clasificar las técnicas de valorización, en función de sus procesos de acceso al estado deseado del lodo para aplicar dicha técnica. Por tanto, según el tipo de lodo se obtienen valorizaciones de distinta índole realizando los siguientes procesos de adecuación del mismo: LODOS NO DIGERIDOS: - Directamente Î

COMPOSTAJE

- Secado térmico Î FERTILIZANTE SILVICULTURA FORESTAL UTILIZACIÓN EN TERRAPLENES RECUPERACIÓN DE SUELOS AGOTADO LODOS DIGERIDOS: -DeshidratadosÎ + Secado térmico Î COMPOSTAJE FERTILIZANTES SILVICULTURA FORESTAL UTILIZACIÓN EN TERRAPLENES ADICIÓN A MATERIALES DE MEJORA DE SUELOS AGOTADOS Î + Incineración: Î Cenizas => ADICIÓN A MATERIALES DE MEJORA DE SUELO INTEGRADAS

EN

CONSTRUCCIÓN:

MATERIALES

DE

cemento, hormigón

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Î + Incineración: Î Fusión =>MODELADO EN ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS: -Bloques, ladrillos, baldosas, ornament. -Escorias: Balasto Agregados Î Fusión + Pirólisis => AISLANTE ACÚSTICO AGREGADOS BLOQUES PERMEABLES + en granulado => AGREGADO JARDINES -Biogasificación Î COMBUSTIBLE CALORÍFICO CH4 ELECTRICIDAD -Recuperación NutrientesÎ FÓSFORO NITRÓGENO LTC CARBÓN Y LTC PETRÓLEO A continuación se indican una relación por tipo de técnica, finalidad y localizaciones donde se aplican actualmente. - Técnicas de compostaje Compost,

(Rioja; Cantabria; usual en U.E.)

Fertilizante (por % N y % P), (Pensilvania,EE.UU.; Reino Unido; Suecia) - Técnicas de mejora del suelo por aplicación Adición a zonas forestales (Granada; Rioja) Adición a suelos degradados periferia ciudades (Lasso, L.P.G.C.) Adición a suelos de explotaciones extractoras - Técnicas de tratamiento térmico y utilización de cenizas Cenizas de incineración Î Integración en materiales de construcción (Cementos Porlant, Japón) Adición a materiales para mejora del suelo - Técnicas de obtención energética; Digestión Î Biogás (gas metano) (Japón, España) Electricidad, (Alemania) Combustible de calefacción; combustible de sustitución en horno de clinker, (miembros de la U.E.)

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- Técnica de recuperación de nutrientes: Recuperación del fósforo procedente deÎ Lodo de depuradora (Suecia, a gran escala) Lodos líquidos residuales (Alemania, a gran escala) Cenizas de lodos de depuradoras (Australia, a gran escala) Recuperación del nitrógeno - Técnica de integración en construcciones: Utilizados en terraplenes bases de autopistas (China) -Técnicas de compactación o fusión:

(Japón)

Modelado de elementos: - Bloques - Ladrillos - Baldosas, tejas Escorias:

- Material de balasto (grava o de piedra machacada, que se tiende sobre la explanación de los ferrocarriles para asentar y sujetar sobre ella las traviesas o sobre la explanación de las carreteras para colocar sobre ella el pavimento).

En el esquema siguiente aclara las etapas de la estructura de las valorizaciones con sus respectivos procesos de acondicionamiento y los productos o servicios a obtener, tal como se han anotado anteriormente. Tal como se observa a medida que se realizan procesos de adecuación al lodo, permite ser aplicado a un mayor número de aplicaciones o servicios. Siendo esto muy positivo siempre que sea rentable para algún aspecto sanitario, medioambiental o de sostenibilidad.

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VALORIZACIÓN DE LOS LODOS DE ESTACIONES DEPURADORAS DE AGUAS RESIDUALES URBANAS

COMPOSTAJE

Recirculación

Bomba permeado

SECADO TÉRMICO

Lodos de exceso

Unidad biológica

FERTILIZANTE SILVICULTURA FORESTAL UTILIZ. EN TERRAPLENES

DESHIDRATADOS

CENIZAS ADICIÓN A MATERIAL MEJORA DEL SUELO AGOTADOS CEMENTO

CENIZAS

CENIZAS INTEGRADAS EN MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN HOMIGÓN

INCINERADOS

TÉCNIC DE VALORIZ

DIGESTIÓN

MODELADO DE ELEMENTOS CONSTRUCTIVOS

FUSIÓN

BLOQ, LADR, BALD, DEC.

ESCORIAS PIRÓLISIS GRANULADO COMBUST CALORÍFICO CH4

BIOGÁS

AISLANTES ACÚSTICOS

BALASTO AGREGAD.

AGREGADOS BLOQUES PERMEABLES AL AGUA AGREGADO JARDINES

ELECTRIC FÓSF, NITRÓG

RECUPERAC. LTC CARBÓN, LTC OIL, GAS GIAYE

91

VALORIZACIÓN DE LOS LODOS DE ESTACIONES DEPURADORAS DE AGUAS RESIDUALES URBANAS

III-ANÁLISIS DE LAS TÉCNICAS DE VALORIZACIÓN DE LOS L.E.D.A.R.U.

3.1. Catálogo de técnicas tradicionales de valorización. 3.2. Catálogo de técnicas innovadoras de valorización. Sintetizadas las técnicas de valorización en forma de catálogo tanto tradicionales como innovadoras de opciones a escoger, en función de varios parámetros decisivos en la elección de técnica a aplicar a los lodos. Los parámetros directrices son: -

PROCESO, indica los procesos unitarios destacados en la técnica, así como llevan enlazados en esquema un diagrama descriptor o estructural de la misma.

-

TIPO DE LODO, designa las características del lodo al que trata.

-

COMPONENTES, partes o elementos imprescindibles en la instalación para acometer la técnica.

-

REDUCCIÓN DE LODOS, cuantifica el porcentaje de lodo capaz de reducir o minimizar dicha técnica.

-

VENTAJAS/DESVENTAJAS, apartado descriptor de las cualidades o beneficios de la técnica y los inconvenientes conlleva.

-

COSTES, anota de manera aproximada los costes indicados por los comerciales representan dichas tecnologías y por la experiencia aportada por las instalaciones existentes. Algunos casos presentan costes de implantación y costes de operación, por ser muy destacados estos últimos según la técnica elegida.

-

REFERENCIAS, se aporta una serie de EDAR, instalaciones de plantas pilotos y laboratorios que respaldan la existencia y experiencia en la ejecución de la técnica.

-

E.R. ; PL.PIL; INN. , este apartado del catálogo manifiesta el estado de madurez de la tecnología a implantar. Los acrónimos utilizados indican si se trata de una tecnología fuertemente madura aplicada en EDAR (E.R.), si bien es una tecnología en estado de prueba en una planta piloto o prototipo (PL.PIL) o si tratamos con una tecnología en estado embrionario, mínimamente en inicios de innovación en empresa (INN.) o en estado inmaduro de laboratorios aún.

GIAYE

92

VALORIZACIÓN DE LOS LODOS DE ESTACIONES DEPURADORAS DE AGUAS RESIDUALES URBANAS

ANEXO ESQUEMAS Unidad biológica

Unidad membrana

Bomba permeado

Lodos de exceso Recirculación FIG. ESQUEMA DE BIO-REACTOR DE MEMBRANA (MBR)

AGUA RESIDUAL

EFLUENTE

LODOS ACTIVOS

AIREACIÓN

LODOS SOBRANTES

RECIRCULACIÓN ESQUEMA DE BIO-REACTOR DE MEMBRANA (MBR) NO SUMERGIDA O SISTEMA BUCLE EXTERNO

GIAYE

93

FIG. ESQUEMA DE TERMO HODRÓLISIS.

94

Fig: Esquema de principio Biolysi® O.

95

ESQUEMA IMPLEMENTACIÓN DE LAS UNIDADES DE US, PUNTOS DE ANÁLISIS PROPIEDADES DE LODOS.

96

GRÁFICA, RENTABILIDAD SEÑALA LOS COSTES DE LA DISPOSICIÓN (€ POR LA TON MS) RELACIONADOS CON EL TAMAÑO DE WWTP

97

Fig. ESQUEMA DEL PROCESO DE ATHOS

98

Fig. ESQUEMA DEL PROCESO SCWO.

99

GENERADOR Fig. AIRE CALIENTE

Fig. ESQUEMA DE SECADO TÉRMICO INDIRECTO ESQUEMA DE SECADO TÉRMICO DIRECTO

Fig. ESQUEMA DE SECADO TÉRMICO MIXTO, CENTRÍFUGA.

100

FIG. ESQUEMA DE PROCESO DE PIRÓLISIS.

FIG. ESQUEMA DE PROCESO DE GASIFICADOR

Agua para condensación Volátiles a CC oxidac. térm.

101

Fig. Diagrama de la tecnología Seaborne, observada en la depuradora de aguas residuales Gifhorn, Alemania [14].

102

Fig.Diagrama de la tecnología Cambi, implementación de la hidrólisis térmica.

103

LISTADO DE REFERENCIAS PLANTAS CON PROCESO CAMBI

104

FIG. MÓDULO KEPRO IMPLEMENTADO EN LÍNEA DE LODOS.

External sludge Acid

Vapour Dilution

pH- adjustment

Sludge

for

incineration Digested sludge

Dewatering

Mixing DS 20 %

DS 45 %

Hydrolysis Temp 150

oC

Dewatering

pH 1 - 2

pH- adjustment pH- adjustment

Reject water

Iron phosphate

treatment Ferric hydroxide

Heavy metals

Phosphorus

Phosphorus

separation

separation

precipitation

recovery 75 %

Iron recovery 40 %

105

FIG. ESQUEMA PLANTA DE PROCESO DE CRISTALIZACIÓN DE ESTRUVITA.

106

Diagrama de flujo de planta piloto de LTC; (NCG: gases no condensables)

Reactor LTC y product_LTC

107

108

TÉCNICA

PROCESO

TIPO LODO

COMPONENTES

Proceso de tratamiento BIORREACTOR biológico acelerado, DE LODOS catalizado en un proceso MEMBRANA BIOLÓGICOS de oxidación inherente a CATALIZADO la fase vapor o procesos CMBR de hidrólisis. ESQUEMA

ULTRAFILTRA CIÓN

UF+MBR

HIDRÓLISIS TÉRMICA

HT

Reactor biológico integrado de crecimiento suspendido con un sistema de membrana de ultrafiltrac. ESQUEMA

Pretrat. Térm .desintegra estruct. celular bact. y solubiliza exopolímeros Î producto fácil digerible. 300ºC y 100 bar. ESQUEMA.

US engendra fuerzas mec.CAVITACIÓNÎ 1)provocan disgregac. de ULTRASONID. acumulos 2) fr. US sobrepuesta rompe células micróbicas. ESQUEMA

LODOS ACTIVOS

LODO ESPESADO

Reactor biológico termofílico. Sistema de separación de sólidos Tratamiento químico

- Reactor biológico - Módulo de membrana (hueca)

- Mezclador - Reactor HT - Reactor de presión reducida.

- tubo de succión con la válvula - bomba aliment. - tubo conexión LODOS bomb.alim-unidad ACTIVOS RECIRCUL ultrasonido - unid. ultrasonido - metro de flujo - tubo realim.

REDUCC. LODOS %

Lodos orgánicos ≈100% (< 85 %)

VENTAJAS

Lodos biológicos 30 %

COSTES aproxim.

REFERENC.

€ -Producción baja o ninguna del lodo residual - Peq. huella ecológ. -Funcionam. Fácil

-Concentrac. fango superiores (SS:10–20 g/l). Lodos biológicos70 - Calidad A.D. % respecto independiente del decantado fango. conven. -Modularidad + centrifugac: 28-35% ó + filt. prensa 35-50%, sin cal. HT+TurbDisg: 80%

DESVENTAJAS

-Más eficaz, energéticamente. -Deshidratación muy buena del lodo final. -Mejor desinfec. del lodo. - Mejora rendim. digestión anaerób. (entre 10% -25%). -Aumento D.Q.O. rápidamente biodegradable. -Fácil implement. en EDAR.- No genera olores

- Operac. Manten. altas. -Planta pequeña: 40,000 m3/d (10 MGD))

INSTAL: 2 mill € C.Operac: 100-300 €/ton MS lodo orgánico

- Elevado coste de implantación CF:32.739 € y explotación. (+5-20% R.B. CV: 0,128 conv.) €/m3 A.D. - Altas concentr. fango afecta rendim. (-0,41% cada 1000 mg/l) -Ensuciam. intercamb. calor. -Posibles olores por corrientes gás no tratado. -Coste energ. -Erosión de sonotrode. - Consumo elevado de energía.

AFC-PMC BIOTEC PENSILVANIA EE.UU. NORUEGA

Pilt Isl.Murano Venecia EDAR Treviso Treviso, IT. {Piloto B.S.II; MBR sumerg. Cost. EE 0,01213 €/m3 Cost Quim: 0,0109 €/m3}

EDAR CAMB

C.F:60,000€ ‘No-comerc’ EDAR Saint Sylvain, Anjou C.V.: 3355 FR kWh/mes,en EDAR 6000 hab.eq Mannheim, Life-EU ALEM GRÁF-RENT

109

-cabina C.S.Us

Proceso de oxidación extrema, OZONÓLISIS, O3 conduce a la ruptura de mat. OXIDACIÓN celularÎ posterior metaboliza DE OZONO por la biomasa más fuerte.ES

OXIDACIÓN HÚMEDA (W.O. / ATHOS)

Fango en contacto con O2 en húmedo. Tª a 250-300° C Alta presión (70-150 bar) Tiemp: 12-120 min (grado de oxid.) ESQUEMA

LODOS ACTIVOS RECIRCUL.

LODOS CUALQUIER TIPO, PRIMARIA, BIOLÓGICA, MIXTOS, DIGERIDO, URBANO O INDUSTRIAL.

-Almacenamiento O2 líquido en la gasificación - Generador O3

-Tanque reacción o reactor. -Bombas aliment. y recircul. .Intercambiad. calor y caldera,. -Unid.tratam. gases. -Equip. dosific. -Depósito O2. -Decant. lamelar

- No probl. atasco.

Lodos activos 30-80%

Lodos en sól. sec. 30%.

- Generac. in situ - Insignificante acumulac. sól. tanque - Elevado coste. aireación. - Consumo O3 - Mejora índice de reaccionando en Mohlman de lodos. - Mejora capacidad otras mater. de deshidratac. -No emite humos contaminantes, diox, furanos, mercaptanos, SOx o Nox,. -Contribuye reducción efecto invernadero, -No emisión olores. -Muy bajo consumo energético, autosuficiente en energía térmica. -Integrable en EDAR

- Producción tecnosabia - Coste elevado -Patente.

http://www.de gremonttechnologies. com/IMG/pdf/ BrRD_A4_EU .pdf C.Estim: 77,48€/ton fango (CostConstr. 20años, gest.sist,+ valorizac.tecn osabia) 22t*0.7%*77. 48€/t= 1193.192 €/día= 429.549,12€/ año B.S.

BIOLYSIS ® O con ozono EDAR Aydoilles (Vosges) EDAR Lauriana Bulgarograsso (Como, Italia)

ATHOS ® EDAR Truccazano,IT Toulouse, Epernay (Fr), Bruselas-Nort (Bélgica).

-Alta reduc y oxidac. completa mat org.

OXIDACIÓN POR AGUA SUPERCRÍTIC A. SCWO

Oxidac. y destruc. mat. orgánic. Uso O2 y SCW. (374ºC y 22,1MPa). Inyectado SCW+ mat.org. ESQUEMA

LODO RESIDUAL

-Bomb. alim. evap. agua. -Bomb. A.P. -Economizador -Reactor -Calentador

-Emision aéreas bajas

S.V. y S.T. (6080%) Mat. Orgánica 99%

-Residuales intríns evita lixiviación. -Adaptado a lodos con metal. -Adaptado a tratam.desechos peligrosos. - Recuperac. de calor, independt económicamente. -Requisit comb. bajos.

-Problem. corros. -Sist. Seg. O2puro o H2O2 -Redox sofisticad -Produce NH3Î afecta proc. líq. -Costes elevados

C.V.: 24€/ton*22ton /d = 582€/d= 190080 €/ñ en B.S.II

110

AQUACRIPTON ® EDAR Cork,IR, Goteborg,SW Huston, USA.

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SEABORNE

Recuperación nutrientes y retiro metal pesado. Acidific. del lodo anaerób estabiliz.. Resto sólid. separados del flujo, secad e incinerados. Cenizas realimentac. el proceso de acidificación. ESQUEMA

CAMBI

Hidrólisis térmica de células d lodoÎ+eficient digestión. ESQUEMA

KEPRO

Desecados al 20%, somete a hidrólisis térmica, proceso de precipitación y posterior incineración. ESQUEMA

LODO DIGERIDO

Tres módulos: -RoHM (retiro de lmetal. pesados) -NRS (sist. recuperac. nutrientes) -RGU (Unid. gas regenerador)

-Tanque reductor a pulpa LODO -Reactor HT PRE-DESECADO -Tanque flash

LODOS CRUDOS Y DIGERIDOS

CRISTALIZAC. ESTRUVITA SCP

Proceso de cristalizac. estruvita recuperando P y N. Sin adición química al bloque de fósforo. Tecnol. aplicada al sobrante aeróbico. ESQUEMA

LODOS ANAERÓB.

TERMO CONVERSIÓN LCT

Proceso de termo conversión catalíco a baja temperatura. Desarrollado en el reactor. ESQUEMA

LODOS SECADOS

Módulos: -Hidrólisis térmica -Separación biofuel -Precipitador P -Separación P Módulos: -Tanque almacén -Decantador, mezcldor,dispositivo Dormund -Reactor de lecho fluido FBR –Colum arrastre Depósito. Transportador de tornillo dentro del transportador de tornillo (hac fuera) Reactor LTC Condensador

Reduce restos de lodo digerido

Reduc. 40%

Reduc. 50% MS respecto deshidratado.

- Recuperac.N,P - Retiro agentes contaminadores, met. pesados, comp.orgán. -Reutilizac. forma comercial-fertiliz. - Proceso del gas de fermentación . -Digestor compacto, 50 % del conv. -Capacidad y trata lodo variado. -Producción de EEneta -Con mucho coste d vida (1MW). útil, más bajo. -Prod. fácil apilar ,almacenar ≈35% DS. -Volumen bajo de producto (~20,000 ton/año)

-Recuperación P, biofuel, precipitad, fuentes de carbón.

Reduc. % de los lodos restantes digestión anaeróbica

-Recuperac. P y N (fertilizante).

Reducelos q Produce 29prod /100% d lodos secos

-Productos carbón, aceite

EDAR Gifhorn, Alemania

EDAR_CAMBI (Dublín; Fredicia SSTP Dinamarca; Chertsey, UK) { 8,000 ton TS/year}

- Innovador, laboratorio. -Patente. -Genera dioxina

E. R.

Kemira Kemi AB, Kemwater

-Coste elevado si no optimiza recuperaciones

-Coste instal. elevado -Estruvita atasca conductos d paso.

E. R.

EDAR Helsingborg, Suecia

E. R.

C.Operac: 0,24 €/m3 con mat. secante; 3 0,16€/m sin mat. secante

EDAR Treviso, IT

Costes: LTCcarbón reciclado: 70 €/ton

PIL EDAR T. Füssen, Germany IN N.

112

E. R.

IV-LÍNEAS DE ACTUACIÓN POSIBLES SISTEMAS DE MBR CON MÓDULO EXTERNO En la tecnología de los sistemas de biorreactores de membranas de ultrafiltración se distinguen los de configuración de módulo de membranas sumergidas y los biorreactores de membranas de ultrafiltración de módulo externo, ya comentadas sus bases de funcionamiento en el apartado de técnicas de reducción. Una diferencia significativa se ha observado en el flujo del funcionamiento de los sistemas sumergidos de MBR y del sistema externo de MBR. El flujo neto medido para los sistemas sumergidos de MBR fue medido entre 13-16 galones por pie cuadrado por día (gfd) mientras que eso para un sistema del external MBR fue medida de 27gfd. La operación del alto flujo del sistema externo de MBR se puede atribuir por mejorar la turbulencia disponible dentro del módulo externo de la membrana comparando con un sistema MBR sumergido, es debido a los requisitos relativamente más alto del flujo de la recirculación del primero.. Los requisitos de aire limpio por el área de la membrana de unidad para los sistemas de MBR variaron a partir de 0.0190.040 pies cúbicos estándar por minuto por el pie cuadrado (scfm/pie2). El sistema de DynaLift MBR confió en el flujo cruzado asistido por puente aéreo de bombeo para limpiar, requiriendo la energía adicional para el bombeo del flujo cruzado. Los sistemas de MBR probaron calidad del agua excelente producida con la turbiedad efluente menos que (