Impacto sobre la salud y el ambiente de las empresas cementeras
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ESTUDIO EN PLANTA PILOTO DE UN SISTEMA ATAD EN PEQUEÑAS POBLACIONES Amador Rancaño (3) , Manuel Dios (2) , José Manuel Seoane (1) (1) Aguas de Córdoba, (2) Universidad de Córdoba, (3) ACCIONA Agua. RESULTADOS EN PLANTA PILOTO Operación Higienización Este trabajo es fruto del convenio de colaboración “Acondicionamiento y reutilización de lodos procedentes de depuradoras de aguas residuales de la Provincia de Córdoba” entre el Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Córdoba y Aguas de Córdoba. Conclusiones Los experimentos se han llevado a cabo en un reactor de 0,42 m 3 de volumen útil equipado con un sistema de inyección de aire tipo Venturi, que consigue simultáneamente dos objetivos: la agitación de la mezcla y la aireación del lodo utilizando una bomba de tornillo. Cuenta con un sistema de control de espumas por aspiración del aire en el límite superior que además actúa precalentando el aire que se introduce en el sistema. La maniobra de carga se realiza diariamente, una vez realizada la correspondiente purga, y dejando 24 horas de digestión (semibatch). Las variables que se han monitorizado han sido: pH, conductividad, potencial redox, concentración de oxígeno, presión de recirculación de la mezcla, demanda química de oxígeno (DQO), demanda química de oxígeno soluble (DQOsoluble), temperatura (Tª), sólidos totales (ST), sólidos volátiles (SV), sólidos minerales (SM) y metales, todos ellos determinados acorde a los métodos de la APHA. En el análisis microbiológico se han determinado: coliformes totales, Escherichia coli, Clostridium perfringens, Salmonella typhi y Salmonela spp. El destino final de los lodos de estaciones depuradoras de aguas residuales en España es principalmente el uso agrícola y paisajismo, supone el 80%. La valorización en cementeras supone un 2,5%, la incineración 5,5% y el de vertedero controlado un 12 %. Una buena gestión de estos residuos, supone eliminar situaciones de riesgo ambiental, sin embargo, ya sea para aplicación agrícola o en el depósito en vertederos, la situación es mejorable. En este sentido y en un contexto donde la seguridad alimentaria interviene en gran parte de las decisiones de política ambiental, la Comisión Europea trabaja desde hace más de una década para que los lodos que se apliquen al terreno no tengan riesgo alguno para la calidad del mismo ni para los productos de consumo que se van a producir en éstos (ultimo trabajo la propuesta de Directiva, de 30 de Abril de 2003). Para alcanzar el estándar ambiental propuesto en el último documento Europeo, el producto resultante debería: 1. Cumplir un límite de concentración de métales más restrictivo. 2. Garantizar la ausencia de contaminación microbiológica de microorganismos patógenos a.) <1000 UFC de Escherichia Coli/g m.s., b.) Reducción de 4 log y < 3000 esporas de Clostridium perfringens/g m.s. c.) Ausencia de Salmonella en 50 g m.f.). 3. Asegurar la estabilidad biológica del residuo (reducir su fermentabilidad). 4. Alcanzar la eliminación de compuestos orgánicos persistentes que por su estabilidad no se eliminan con facilidad (muchos de éstos son los llamados compuestos emergentes que llegan a las aguas como productos de deshecho de la industria, aceites, detergentes, medicamentos, etc.) Con el objetivo de ir avanzando en una mejor gestión de los lodos de EDAR, la Empresa Provincial de Aguas de Córdoba viene trabajando en los últimos años en un sistema avanzado de digestión aerobia termófila autosostenida (ATAD, Autoheated Thermophilic Aerobic Digestión) con el fin de poder someter a los lodos, procedentes de EDAR urbanas de la Provincia de Córdoba a una estabilización e higienización para su incorporación al suelo con las garantías sanitarias que prevé la futura Directiva Europea. Este sistema cuenta con las ventajas de poder ser instalado de forma modular y de su sostenibilidad económica en EDARs de pequeño y mediano tamaño (<50.000 hab-eq.), donde la digestión anaerobia es mas dificil de mantener. En el proceso ATAD, la reacción biológica es automantenida, y por sí misma es capaz de elevar la temperatura hasta los 65ºC, logrando además de higienizar los lodos, reducir el volumen final de lodos que habrá que gestionar (con rendimientos de eliminación de materia orgánica de hasta el 40%). Tiempo de digestión (días) 0 5 10 15 20 25 SV (mg/l) 10 15 20 25 30 Temperatura (ºC) 10 20 30 40 50 60 70 80 SV influente SV purga Temperatura (ºC) 55 ºC Evolucion de la Tª y materia orgánica Evolución de la conductividad Tiempo de digestión (días) 0 5 10 15 20 Variación de la conductividad (%) 0 100 200 300 400 Conductividad (mS/cm) 0 2 4 6 8 Variación de la conductividad (%) Valor de conductividad (mS/cm) Degradación de la materia orgánica Tiempo de digestión (días) 0 5 10 15 20 % eliminación de SV -40 -30 -20 -10 0 14 16 18 20 22 24 26 28 VS variation VS value Concentración de SV (g/L) Tiempo de retención hidraúlico (días) 6 8 10 12 14 Variación de la DQO soluble (%) 0 200 400 600 800 1000 Variación de la conductividad, pH, DQO y sólidos volátiles (%) -100 0 100 200 300 DQOsol Conductividad pH DQO SV Resultados según el TRH Tiempo de digestion (días) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Eficiencia de eliminación (%) 0 20 40 60 80 100 120 Escherichia Coli Coliformes totales Clostridium perfringens Tiempo de digestion (días) 0 5 10 15 20 % variación del pH 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Valor de pH 6,0 6,2 6,4 6,6 6,8 7,0 7,2 7,4 variación del pH valor de pH Evolución del pH Tiempo (días) 0 5 10 15 20 25 Temperatura (ºC) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Redox (mV) -500 -400 -300 -200 -100 0 100 Temperatura Redox Tiempo (días) 0 5 10 15 20 25 Temperatura (ºC) 0 10 20 30 40 50 60 Redox (mV) -500 -400 -300 -200 -100 0 Temperatura Redox E.Coli, Bacterias coliformes y C.perfringens en alimentación (arriba) y después del tratamiento(abajo) Salmonella Tiphi y Salmonella spp. en alimentación (arriba) y después del tratamiento(abajo) •TRH muy reducido comparado con el de la digestión anaerobia. •El producto tiene una reducida contaminación microbiológica. •No se compromete el límite de metales pesados propuesto en el fango. •Mayor poder de fertilización (nitrificación y desnitrificación inhibida) del fango. •El producto resultante muestra una adecuada estabilidad biológica (olores, fermentabilidad, autocalentamiento, etc.) •Importante reducción de la materia seca, (ahorro en la gestión final). •Permite su automatización •Tratamiento sostenible para la gestión integrada del lodo en depuradoras de menos de 50.000 hab-equiv. Se han realizado diferentes experimentos para TRH de 14, 9, 8, 7 y 6 días (por duplicado), dichos experimentos se mantuvieron hasta el estado estacionario entre 20 y 90 días. Las variables pH, conductividad, DQO y DQOsoluble y SV fueron entonces analizadas para cada uno de los experimentos realizados. Elegir el TRH de trabajo supone llegar a una situación de compromiso: menor TRH conlleva mayor destrucción de materia orgánica, aunque no siempre se alcanzó el objetivo de higienización. Sólo los experimentos con TRH de 7 y 8 días, higienizaron correctamente. El rendimiento o eliminación de materia orgánica se ha calculado la diferencia entre los SV entre el influente y el efluente, referido a los SV del influente, llegando a alcanzar un rendimiento de eliminación del 34% al cabo de 20 días. En líneas generales se produce el fenómeno de higienización por la elevación de la temperatura que provoca el metabolismo de oxidación de la materia orgánica, que desarrolla la biomasa propia del fango. El fenómeno de eliminación de la materia orgánica conlleva la lisis celular y la liberación a la fase acuosa de materia orgánica soluble de difícil separación, lo que se traduce en que gran parte de la DQO que es solubilizada pero no eliminada, ésta vuelve a cabecera de planta con el escurrido del proceso de deshidratación. Los experimentos se han desarrollado en dos EDAR de carácter industrial, de pequeño tamaño (<5.000 hab.eq.). La primera, se trata de una EDAR de aireación prolongada con turbina en superficie, de 4.500 hab-eq. (Montemayor) Ha sido la instalación donde se ha desarrollado la mayor parte del estudio, evaluación del mejor tiempo de residencia, estudio de la eliminación de materia orgánica y análisis de costes. La segunda, se trata de una EDAR de biodiscos, de 3.033 hab-eq. (Carcabuey) Se encuentra actualmente en fase de estudio y por el momento NO se han alcanzado temperaturas de higienización. La presencia de tóxicos o un fango espesado mas filamentoso se barajan como posibles causas. Se ha comprobado que el fango requiere de una necesaria fase de espesamiento capaz de elevar la concentración de sólidos volátiles al menos hasta 24 g/L. Aquellos lodos con una concentración inferior tienen dificultad para elevar y mantener la temperatura. El cambio de sistema de aireación (pruebas con soplante + tubo perforado o difusor) no han conseguido los resultados esperados, por lo que se seguirá trabajando en un sistema de inyección de aire con Venturi. Se ha conseguido higienizar de forma general en E.Coli, Salmonella y Clostridium perfringens para los experimentos con TRH de 7 y 8 días en la EDAR con aireación prolongada, no así para el resto de experimentos, donde la higienización se realizaba de forma intermitente. En cuanto a los experimentos desarrollados en la EDAR con biodiscos, NO se ha conseguido higienizar con carácter general debido a que no se han mantenido temperaturas por encima de 55ºC de forma continuada. Los periodos de enfriamiento brusco durante la maniobra de recarga (que se realiza en pocos minutos) y la estratificación del reactor dificultan el mantenimiento de una temperatura constante. El fango se higieniza progresivamente en Bacterias coliformes, Escherichia Coli, Salmonella y finalmente en Clostridium perfringens (Ver figura). Este último es el más resistente y es indicador inequívoco de que la masa ha elevado la temperatura mas allá de los 55ºC.
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ESTUDIO EN PLANTA PILOTO DE UN SISTEMA ATADEN PEQUEÑAS POBLACIONES
Amador Rancaño (3), Manuel Dios (2) , José Manuel Seoane (1)
(1) Aguas de Córdoba, (2) Universidad de Córdoba, (3) ACCIONA Agua.
RESULTADOS EN PLANTA PILOTO
Operación
Higienización
Este trabajo es fruto del convenio de colaboración “Acondicionamiento y reutilización de lodos procedentes de depuradoras de aguas residuales de la Provincia de Córdoba” entre el Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Córdoba y Aguas de Córdoba.
Conclusiones
Los experimentos se han llevado a cabo en un reactor de 0,42 m3 de volumen útil equipadocon un sistema de inyección de aire tipo Venturi, que consigue simultáneamente dosobjetivos: la agitación de la mezcla y la aireación del lodo utilizando una bomba de tornillo.Cuenta con un sistema de control de espumas por aspiración del aire en el límite superiorque además actúa precalentando el aire que se introduce en el sistema. La maniobra decarga se realiza diariamente, una vez realizada la correspondiente purga, y dejando 24horas de digestión (semibatch).
Las variables que se han monitorizado han sido: pH, conductividad, potencial redox,concentración de oxígeno, presión de recirculación de la mezcla, demanda química de oxígeno(DQO), demanda química de oxígeno soluble (DQOsoluble), temperatura (Tª), sólidos totales(ST), sólidos volátiles (SV), sólidos minerales (SM) y metales, todos ellos determinados acordea los métodos de la APHA. En el análisis microbiológico se han determinado: coliformestotales, Escherichia coli, Clostridium perfringens, Salmonella typhi y Salmonela spp.
El destino final de los lodos de estaciones depuradoras de aguas residuales enEspaña es principalmente el uso agrícola y paisajismo, supone el 80%. Lavalorización en cementeras supone un 2,5%, la incineración 5,5% y el de vertederocontrolado un 12 %. Una buena gestión de estos residuos, supone eliminarsituaciones de riesgo ambiental, sin embargo, ya sea para aplicación agrícola o enel depósito en vertederos, la situación es mejorable. En este sentido y en uncontexto donde la seguridad alimentaria interviene en gran parte de las decisionesde política ambiental, la Comisión Europea trabaja desde hace más de una décadapara que los lodos que se apliquen al terreno no tengan riesgo alguno para lacalidad del mismo ni para los productos de consumo que se van a producir enéstos (ultimo trabajo la propuesta de Directiva, de 30 de Abril de 2003).
Para alcanzar el estándar ambiental propuestoen el último documento Europeo, elproducto resultante debería:
1. Cumplir un límite de concentración demétales más restrictivo.
2. Garantizar la ausencia de contaminaciónmicrobiológica de microorganismospatógenos
a.) <1000 UFC de Escherichia Coli/g m.s.,b.) Reducción de 4 log y < 3000 esporas deClostridium perfringens/g m.s.c.) Ausencia de Salmonella en 50 g m.f.).
3. Asegurar la estabilidad biológica del residuo(reducir su fermentabilidad).
4. Alcanzar la eliminación de compuestosorgánicos persistentes que por suestabilidad no se eliminan con facilidad(muchos de éstos son los llamadoscompuestos emergentes que llegan a lasaguas como productos de deshecho de laindustria, aceites, detergentes,medicamentos, etc.)
Con el objetivo de ir avanzando en una mejor gestión de los lodos de EDAR, la Empresa Provincialde Aguas de Córdoba viene trabajando en los últimos años en un sistema avanzado de digestiónaerobia termófila autosostenida (ATAD, Autoheated Thermophilic Aerobic Digestión) con el fin de podersometer a los lodos, procedentes de EDAR urbanas de la Provincia de Córdoba a una estabilización ehigienización para su incorporación al suelo con las garantías sanitarias que prevé la futura DirectivaEuropea.
Este sistema cuenta con las ventajas de poder ser instalado de forma modular y de su sostenibilidadeconómica en EDARs de pequeño y mediano tamaño (<50.000 hab-eq.), donde la digestión anaerobiaes mas dificil de mantener.
En el proceso ATAD, la reacción biológica es automantenida, y por sí misma es capaz de elevar latemperatura hasta los 65ºC, logrando además de higienizar los lodos, reducir el volumen final delodos que habrá que gestionar (con rendimientos de eliminación de materia orgánica de hasta el 40%).
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E.Coli, Bacterias coliformes yC.perfringens en alimentación (arriba) y después del tratamiento(abajo)
Salmonella Tiphi y Salmonella spp.en alimentación (arriba) y después del tratamiento(abajo)
•TRH muy reducido comparado con el de la digestión anaerobia.
•El producto tiene una reducida contaminación microbiológica.
•No se compromete el límite de metales pesados propuesto en el fango.
•Mayor poder de fertilización (nitrificación y desnitrificación inhibida) del fango.
•El producto resultante muestra una adecuada estabilidad biológica (olores, fermentabilidad, autocalentamiento, etc.)
•Importante reducción de la materia seca, (ahorro en la gestión final).
•Permite su automatización
•Tratamiento sostenible para la gestión integrada del lodo en depuradoras de menos de 50.000 hab-equiv.
Se han realizado diferentes experimentos para TRH de 14, 9, 8, 7 y 6 días(por duplicado), dichos experimentos se mantuvieron hasta el estadoestacionario entre 20 y 90 días. Las variables pH, conductividad, DQO yDQOsoluble y SV fueron entonces analizadas para cada uno de losexperimentos realizados. Elegir el TRH de trabajo supone llegar a unasituación de compromiso: menor TRH conlleva mayor destrucción demateria orgánica, aunque no siempre se alcanzó el objetivo dehigienización. Sólo los experimentos con TRH de 7 y 8 días, higienizaroncorrectamente.
El rendimiento o eliminación de materiaorgánica se ha calculado la diferencia entrelos SV entre el influente y el efluente, referidoa los SV del influente, llegando a alcanzar unrendimiento de eliminación del 34% alcabo de 20 días. En líneas generales seproduce el fenómeno de higienización por laelevación de la temperatura que provoca elmetabolismo de oxidación de la materiaorgánica, que desarrolla la biomasa propiadel fango.
El fenómeno de eliminación de la materiaorgánica conlleva la lisis celular y la liberacióna la fase acuosa de materia orgánica solublede difícil separación, lo que se traduce en quegran parte de la DQO que es solubilizada perono eliminada, ésta vuelve a cabecera de plantacon el escurrido del proceso de deshidratación.
Los experimentos se han desarrollado en dos EDAR de carácter industrial, de pequeño tamaño (<5.000 hab.eq.).
La primera, se trata de una EDAR deaireación prolongada con turbina ensuperficie, de 4.500 hab-eq.(Montemayor)
Ha sido la instalación donde se hadesarrollado la mayor parte del estudio,evaluación del mejor tiempo deresidencia, estudio de la eliminación demateria orgánica y análisis de costes.
La segunda, se trata de una EDAR debiodiscos, de 3.033 hab-eq. (Carcabuey)
Se encuentra actualmente en fase deestudio y por el momento NO se hanalcanzado temperaturas de higienización.
La presencia de tóxicos o un fangoespesado mas filamentoso se barajancomo posibles causas.
Se ha comprobado que el fango requiere de una necesaria fase de espesamiento capaz de elevar laconcentración de sólidos volátiles al menos hasta 24 g/L. Aquellos lodos con una concentración inferior tienendificultad para elevar y mantener la temperatura.
El cambio de sistema de aireación (pruebas con soplante + tubo perforado o difusor) no han conseguido losresultados esperados, por lo que se seguirá trabajando en un sistema de inyección de aire con Venturi.
Se ha conseguido higienizar de forma general en E.Coli, Salmonella y Clostridiumperfringens para los experimentos con TRH de 7 y 8 días en la EDAR con aireaciónprolongada, no así para el resto de experimentos, donde la higienización se realizabade forma intermitente.
En cuanto a los experimentos desarrollados en la EDAR con biodiscos, NO se haconseguido higienizar con carácter general debido a que no se han mantenidotemperaturas por encima de 55ºC de forma continuada.
Los periodos de enfriamiento brusco durante la maniobra de recarga (que se realizaen pocos minutos) y la estratificación del reactor dificultan el mantenimiento de unatemperatura constante.
El fango se higieniza progresivamente enBacterias coliformes, Escherichia Coli,Salmonella y finalmente en Clostridiumperfringens (Ver figura). Este último es elmás resistente y es indicador inequívoco deque la masa ha elevado la temperatura masallá de los 55ºC.
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