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DIGESTIÓN AEROBIA TERMÓFILA ¿UNA NUEVA ALTERNATIVA EN LA GESTIÓN DE LODOS DE
DEPURADORA?
Octubre de 2.007
Pedro M. Polo Cañas.Acciona Agua. Departamento de O &M.
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SUMARIO.
1.- INTRODUCCIÓN.
2.- RESUMEN DE LA SITUACIÓN ACTUAL.2.1.- Directiva del Consejo de 12 de junio de 1.986 relativa a la protección del Medio ambiente y en particular, de los suelos, en la utilización de lodos de depuradora en agricultura. 86/278/CEE.2.2.- R.D. 1310/ 1.990 de 29 de octubre por el que se regula la utilización de los lodos de depuración en el sector agrario.2.3.- R.D. 824/ 2.005 de 8 de julio, sobre productos fertilizantes.
3.- PREVISIONES DE FUTURO INMEDIATO.3.1.- Documento de trabajo sobre fangos. 3er borrador. 27 de abril de 2.000. 3.2.- Propuesta para una Directiva del Parlamento y el Consejo Europeo sobre aplicación de lodos al suelo.
4.- DIGESTIÓN AEROBIA TERMÓFILA.4.1.- Influencia de la temperatura.4.2.- Digestión aerobia termófila.4.3.- Autocalentamiento.4.4.- Aplicaciones reales.
5.- CONCLUSIONES.
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INTRODUCCIÓN.
• Aumento de los problemas en la gestión de fangos de EDAR.
• Prohibición de uso de vertederos.• Extinción de la aplicación agrícola directa.• Aparición de compostajes y secados térmicos: altos costes y
saturación de los mismos.
• Crecimiento porcentaje del esfuerzo humano y económico a lagestión de lodos sin perspectivas que “estalle la burbuja”.
• En la práctica la aplicación directa al terreno está desapareciendo:
• ¿Cuál es el marco legal que nos ha llevado a esta situación?• ¿Es verdad que la aplicación agrícola debe desaparecer?• Para que esta se mantenga ¿hay alternativa al compostaje?
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RESUMEN DE LA SITUACIÓN ACTUAL.
Directiva del Consejo de 12 de junio de 1.986 relativa a la protección del Medio ambiente y en particular, de los suelos, en la utilización de lodos de depuradora en agricultura. 86/278/CEE.
• Regula la aplicación de lodos de depuradora tratados por una víabiológica, química ó térmica, ó por cualquier otro procedimiento apropiado, para que se reduzca de forma significativa su poder defermentación y los inconvenientes sanitarios de su utilización.
• Da los límites de concentración de metales pesados en los suelos, en los lodos destinados a su utilización agraria, y los límites para las cantidades anuales de metales pesados que se podrán introducir en los suelos.
• Da un par de prohibiciones expresas, en función del ciclo biológico del cultivo.
• No parece que haga prohibiciones de aplicación directa (sin otro tratamiento exterior) de los lodos que cumplan con su articulado.
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RESUMEN DE LA SITUACIÓN ACTUAL(II).
R.D. 1310/ 1.990 de 29 de octubre por el que se regula la utilización de los lodos de depuración en el sector agrario.
Traspone, en muchos casos casi literalmente la Directiva 86/278 CEE a nuestro derecho.
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R.D. 824/ 2.005 de 8 de julio, sobre productos fertilizantes.
Art. 2. 31. Define el compostaje que da lugar a enmiendas orgánicas, cuyas características se detallan en el grupo 6 del anexo I. Se señala una humedad de entre 30 y 40%.
ANEXO I. Grupo 6. ENMIENDAS ORGÁNICAS.02. Enmienda orgánica. Compost. Producto higienizado y estabilizado obtenido mediante descomposición biológica aeróbica (incluyendo fase termofílica), de materiales orgánicos biodegradables del Anexo IV, bajo condiciones controladas.
ANEXO IV. LISTA DE PRODUCTOS ORGÁNICOS BIODEGRADABLES.19. RESIDUOS DE LAS INSTALACIONES PARA EL TRATAMIENTO DE RESIDUOS. 19 08. Residuos plantas de tratamiento de aguas residuales no especificadas en otra categoría.19 08 05. Lodos del tratamiento de aguas residuales urbanas, con contenidos en metales pesados inferiores a los establecidos en el real decreto 1.310/ 1.990.Art. 3. 3. Se excluyen del ámbito de aplicación de este real decreto. f. Los lodos de depuradora previstos en el real decreto 1.310/ 1.990, de 29 de octubre, por el que se regula la utilización de los lodos de depuración en el sector agrario.
RESUMEN DE LA SITUACIÓN ACTUAL(III).
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El lodo de depuradora puede aplicarse a la agricultura de forma indirecta mediante su tratamiento por compostaje, si:
• El fango cumple los contenidos en metales pesados de la legislación anterior.
• Se incrementa su sequedad a valores 60- 70%.
• Se cumplen las normas de aplicación respecto metales pesados en cuanto a concentración en lodo, concentración en suelo y dosis de aplicación anual.
El lodo de depuradora podría aplicarse a la agricultura de formadirecta si además de cumplir los condicionantes químicos:
• Recibe un tratamiento que reduzca de forma significativa su poder de fermentación (estabilización) y los inconvenientessanitarios de su utilización (higienización). No se indica que el tratamiento sea el compostaje, o realizado por terceros ajenos a la E.D.A.R.
RESUMEN DE LA SITUACIÓN ACTUAL(IV).
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PREVISIONES DE FUTURO INMEDIATO.
Documento de trabajo sobre fangos. 3er borrador. 27 de abril de 2.000.
• Como en otros casos da límites a la concentración de metales pesados en el fango a aplicar, en el suelo, así como en la dosis de los mismos a aplicar.
• También introduce unos límites para compuestos orgánicos y dioxinas en el fango a aplicar, tales como: compuestos orgánicos halogenados (AOX), sulfatos de alquilobenceno lineales (LAS), di(2-etil-hexil) ftalato (DEHP), nonilfenol y nonilfenol etoxilatos ccon 1 ó 2 grupos etoxi (NPE), hidrocarburos policíclicos aromáticos (PAH), bifenilos policlorados (PCB) y policlorodibenzodioxinas y dibenzofuranos((PCDD/ F).
• Entre otros puntos especifica las siguientes limitaciones y controlespara los diferentes tipos de aplicación:
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Tratamiento avanzado
Tratamiento convencional
Pasto Si Si, por inyección sub- superficial y no pastando en las seis semanas siguientes.
Cultivos de forraje Si Si, pero no cosechando en las seis semanas siguientes a la aplicación.
Tierras de labranza Si Si, por inyección superficial, ó realizando inmediatamente un arado profundo.
Cultivo de frutas y vegetales en contacto con el suelo
Si No. No cosechar durante los 12 meses siguientes a la aplicación.
Cultivo de frutas y vegetales en contacto con el suelo, y consumo en crudo.
Si No. No cosechar durante los 30 meses siguientes a la aplicación.
Árboles frutales, viñas, árboles de reforestación
Si Si, por inyección sub-superficial y prohibiendo el acceso al público durante 10 meses tras la aplicación
Parques, áreas verdes, jardines urbanos, y toda área urbana donde el público en general tenga acceso.
Si, solamente si el fango está bien estabilizado, y sin olor.
No.
Bosques No No.
Recuperación de suelos Si Si, sin acceso del público durante los 10 meses siguientes a la aplicación.
Documento de trabajo sobre fangos. 3er borrador. 27 de abril de 2.000 (I).
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Documento de trabajo sobre fangos. 3er borrador. 27 de abril de 2.000 (II).
Tratamientos avanzados Tratamientos convencionales
Secado térmico que asegure que la temperatura de las partículas de fango, está por encima de 80º C, con una reducción del contenido de agua, hasta por debajo del 10%.
Estabilización termofílica aerobia a una temperatura mínima de 55ºC durante 20 horas, en batch, sin alimentación ni purgas, durante el proceso.
Estabilización termofílica aerobia a una temperatura mínima de 55º C con un tiempo de retención medio de 20 días.
Digestión termofílica anaerobia a una temperatura mínima de 53º C durante 20 horas, en batch, sin alimentación ni purgas, durante el proceso.
Digestión termofílica anaerobia a una temperatura mínima de 53º C , con un tiempo de retención medio de 20 días.
Tratamiento térmico del fango líquido por un mínimo de 30 minutos a 70º C, seguido de una digestión mesofílica anaerobia a temperatura de 35º C., con un tiempo de retención medio de 12 días.
Digestión mesofílica anaerobia a temperatura de 35º C., con un tiempo de retención medio de 15 días.
Acondicionamiento con cal alcanzando un pH de 12 ó más y manteniendo la temperatura a un mínimo de 55º C durante 2 horas.
Acondicionamiento con cal alcanzando un pH de 12 ó más durante tres meses.
Acondicionamiento con cal asegurando una mezcla homogénea de la cal y el fango. La mezcla alcanzará el pH 12, ó más, inmediatamente de la adición de la cal, y lo mantendrá por encima de este valor, por 24 horas.
Aereación extendida a temperatura ambiente, en batch, sin alimentación ni purgas, durante el período de tratamiento (*).
Estabilización aerobia simultánea a temperatura ambiente (*).
Almacenamiento en forma líquida a temperatura ambienteen batch, sin alimentación ni purgas, durante el período de almacenamiento (*).
El proceso será validado inicialmente para una reducción de 6 log10, mediante un test de microorganismos tal como el SalmonellaSenftenberg W 775.
El fango tratado, no contendrá Salmonella spp en 50 gr (materia seca), y el tratamiento conseguirá como mínimo una reducción de 6 log10, en Escerichia Coli, con valores menores que 5 x 102 CFU/g.
El tratamiento conseguirá como mínimo una reducción de 2 log10 en Escherichia Coli.
(*) El tiempo mínimo de tratamiento será determinado por la autoridad competente, tomando en consideración las condiciones climáticas predominantes en el área donde la planta de tratamiento se localiza.
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PREVISIONES DE FUTURO INMEDIATO (II).
Propuesta para una Directiva del Parlamento y el Consejo Europeo sobre aplicación de lodos al suelo. 30 de abril de 2.003.
• Como en otros casos da límites a la concentración de metales pesados en el fango a aplicar, en el suelo, así como en la dosis de los mismos a aplicar. Es algo menos restrictiva, -en algunos aspectos-, que el borrador nº 3. Distingue entre uso agrícola ó no agrícola.
• También introduce unos límites para compuestos orgánicos y dioxinas en el fango a aplicar, tales como: sulfatos de alquilobenceno lineales (LAS), nonilfenol y nonilfenol etoxilatos con 1 ó 2 grupos etoxi (NPE), hidrocarburos policíclicos aromáticos (PAH), bifenilos policlorados (PCB) y policlorodibenzodioxinas y dibenzofuranos ((PCDD/ F). Es algo menos restrictiva que el borrador nº 3: elimina algún componente y sube algún límite.
• Entre otros puntos especifica las siguientes limitaciones y controlespara los diferentes tipos de aplicación:
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Propuesta para una Directiva del Parlamento y el Consejo Europeo sobre aplicación de lodos al suelo. 30 de abril de 2.003 (I).
Tratamiento avanzado
Tratamiento convencional
Pasto No restricciones. Inyección sub- superficial. Tiempo mínimo de tres semanas entre la aplicación y permitir que los animales pasten (*).
Cultivos de forraje No restricciones. No cosechar en las tres semanas siguientes a la aplicación (*).
Tierras de labranza No restricciones. Inyección sub- superficial ó realizando un arado profundo en menos de cuarenta y ocho horas.
Cultivo de frutas y vegetales en contacto con el suelo
No restricciones. No cosechar durante los doce meses siguientes a la aplicación (*).
Cultivo de frutas y vegetales en contacto con el suelo, y consumo en crudo.
No restricciones. No cosechar durante los treinta meses siguientes a la aplicación (*).
Árboles frutales maduros y viñas.
No restricciones. Si, por inyección sub-superficial y prohibiendo el acceso al público durante 10 meses tras la aplicación (*).
Terrenos no agrícolas donde el público en general incluyendo niños, tiene acceso.
Si, solamente si el fango estábien estabilizado, y sin olor.
No permitido.
Terrenos no agrícolas donde el público en general no tiene acceso.
No restricciones. No restricciones.
(*) los estados miembros pueden aumentar estos tiempos, tomando en cuenta sus particulares condiciones geográficas y climáticas.
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Propuesta para una Directiva del Parlamento y el Consejo Europeo sobre aplicación de lodos al suelo. 30 de abril de 2.003 (II).
Tratamientos avanzados
Compostaje en pilas, asegurando que el material consiga una temperatura de cómo mínimo 55º C por un mínimo de 4 horas, en cada vuelta. Los montones serán volteados un mínimo de tres veces y alcanzarán su completa estabilización.
Compostaje en túneles, asegurando que el material consiga una temperatura de cómo mínimo 55º C por un mínimo de 4 horas y que alcance su completa estabilización.
Secado térmico que asegure que la temperatura de las partículas de fango, está por encima de 80º C, un mínimo de diez minutos con una reducción del contenido de agua, hasta por debajo del 10%.
Estabilización termofíla aerobia ó anaerobia a una temperatura de cómo mínimo 55º C por un período mínimo de 4 horas después de la última alimentación y antes de la siguiente extracción. La planta debe ser diseñada para operar a una temperatura mínima de 55º C, y con el tiempo de retención suficiente para la estabilización del fango.
Tratamiento térmico del fango líquido por un mínimo de 10 minutos a 80º C, ó 20 minutos a 75º C, ó 30 minutos a 70º C seguido de una digestión mesofílica anaerobia a temperatura de 35º C., con un tiempo de retención medio de 12 días.
Acondicionamiento con cal (CaO)alcanzando un pH de 12,6 ó más y manteniendo la temperatura a un mínimo de 55º C durante 2 horas.
• El proceso será validado inicialmente para una reducción de 4 log10, mediante un test de microorganismos tal como el Salmonella Senftenberg W 775 y ninguno de los huevos de Ascaris presentes en el fango tratado, será viable.
• El tratamiento conseguirá como mínimo una reducción de 4 log10, en Escerichia Coli, con valores menores que 1 x 103 CFU/gMS
• Una muestra de 1 gMS de fango tratado no contendrá más de 3 x 103 esporas de Clostridium perfringens.Una muestra de 50 gMF no contendrá Salmonella spp.
Un fango se considerará con tratamiento convencional cuando haya sido sometido a algún tipo de tratamiento que consiga una reducción de de 2 log10, en Escerichia Coli, con valores menores que 5 x 105 CFU/gMF.11
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PREVISIONES DE FUTURO INMEDIATO (III).
El lodo de depuradora previsiblemente podrá aplicarse a la agricultura de forma directa y sin restricciones, mediante su tratamiento aeróbico termofílico en EDAR si:
• El fango cumple diferentes calidades químicas.
• Se valida inicialmente el proceso.
• Se cumplen las normas de calidad sanitaria especificadas.
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DIGESTIÓN AEROBIA TERMÓFILA.
0
10
2 0
3 0
4 0
5 0
6 0
0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 10 0 0 12 0 0 14 0 0 16 0 0 18 0 0 2 0 0 0
T x S .R .T, ºC x d .
A mayor temperatura, menor S.R.T., para la obtención de los mismos resultados.
Influencia de la temperatura.
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DIGESTIÓN AEROBIA TERMÓFILA (II).
Ventajas.• Altos ratios de destrucción de sólidos volátiles. • Mucho menor necesidad de volumen de reactor.• Producción de fango pasteurizado.• Destrucción de todo tipo de simientes.• 30-40% menos de necesidades de oxígeno específico, que en los procesos mesofílicos pues a estas temperaturas no existen bacterias nitrificantes que transformen el amonio.• Un importante incremento en la sequedad de los fangos deshidratados, que puede considerarse de cómo mínimo un 25% de sequedad final.
Problemas.• Necesita incorporar un espesamiento previo. • Necesita una buena capacidad de agitación. Puede tomarse como valor empírico: NR = 100 W/m3 (para contenido de sólidos ∼ 3,5 %).• Normalmente el tanque (los tanques ) necesitarán de un buen aislamiento térmico.• Olores.• Espumas: la mejor solución detectada es la continua resuspensión de la misma, mediante su recirculación.
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DIGESTIÓN AEROBIA TERMÓFILA (III).
Autocalentamiento.
• La base del proceso de higienización, es la liberación de energía de aproximadamente 15 KJ/ kgDQO degradado, en los procesos exotérmicos que tienen lugar en una digestión aeróbica.
• Con un diseño adecuado (aislamiento térmico, suficiente espesamiento del fango bruto, aereación adecuada y mezcla), puede alcanzarse un auto- calentamiento del fango, hasta el entorno termofílico (T = 45- 65º C).
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DIGESTIÓN AEROBIA TERMÓFILA (IV).
E.D.A.R. Calaf.
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DIGESTIÓN AEROBIA TERMÓFILA (V).
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DIGESTIÓN AEROBIA TERMÓFILA (VI).
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1.- La digestión aerobia termofílica autosostenida se presenta como una alternativa a los tratamientos de lodos (que cumplan con las caracterizaciones químicas) para su aplicación al suelo, según la previsión de las normas más exigentes.
2.- La digestión aerobia termofílica autosostenida presenta unas características de operación de una gran sencillez y aplicabilidad a pequeñas instalaciones.
3.- La digestión aerobia termofílica autosostenida libera a los reactores biológicos de la labor de estabilización, lo que en la práctica supone un aumento de su capacidad de tratamiento.
CONCLUSIONES.