Reutilización de aguas y lodos residuales

REUTILIZACION DE AGUAS Y LODOS RESIDUALES
Dr. Ing. Eduardo Torres Carranza*
AGUAS RESIDUALES:
Definición:
Agua que el hombre ha usado y lo utiliza además como vehículo de desecho y
por esta acción y el efecto de introducir materias o formas de energía o inducir
condiciones en el agua que, de modo directo o indirecto, impliquen una
alteración perjudicial de su calidad en relación con los usos posteriores o con su
función ecológica.
Clasificación:
•
•
•
•
Drenaje: Que afloran a la superficie y pueden arrastrar una serie de
sustancias químicas en solución también comprende aguas que fluyen en
la superficie y son provocados por las precipitaciones atmosféricas. Esta
agua en su trayectoria arrastran elementos de la contaminación
atmosférica, restos de actividad humana, residuos de vehículos, arenas,
residuos vegetales, biocidas formando las llamadas “aguas blancas.
Domesticas: también llamadas aguas negras o urbanas; proceden de
aglomeraciones urbanas mediante los vertidos de la actividad humana
doméstica, también lo constituye la mezcla de estas con las precedentes
de actividades comerciales, industriales y agrarias dentro del casco
urbano.
Industriales: aguas procedentes de actividades industriales, con
independencia del posible contenido de sustancias similares a las de
origen doméstico, pueden aparecer elementos propios de cada actividad
industrial como tóxicos, iones metálicos, productos quíomicos,
hidrocarburos, detergentes, etc.
Agrarias: específicamente proceden de la actividad agropecuaria.
Sistemas de Tratamiento:
Cualquiera que sea el sistema de tratamiento o depuración tenemos que
considerar como objetivo principal la reducción o eliminación de los agentes
contaminantes. Esto dependerá del uso que se le desea dar al agua depurada.
Según el sistema de tratamiento dispondremos de agua residual tratada y lodos
residuales.
Sistemas de Depuración:
•
Lechos bacterianos.
•
Biodiscos
•
Aireación prolongada
•
Lagunaje natural
•
Lagunaje aireado
•
Filtros verdes
•
Fosas sépticas
•
Lechos de turba
•
Filtros de arena.
* Doctor en Ciencias Ambientales. Universidad Politécnica de Madrid. Master of
Science en Física y Química de Suelos. Profesor Universitario. Director General de
Medio Ambiente del CONCYTEC.
Resumiendo podemos decir que tenemos:
•
Sistemas modernos (lechos bacterianos, biodiscos, aireación prolongada)
•
Sistemas tradicionales (lagunas)
•
Pequeños sistemas de tratamiento (filtros, fosas sépticas, etc)
Los sistemas modernos generan mas 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.
Reutilización de aguas residuales:
El aumento de la población ha generado entre otros consumos un marcado
consumo de agua.
A nivel mundial, se puede mencionar la diferencia de consumos de agua:
Consumo municipal
8– 9%
Consumo de la industria
20 – 30 %
Consumo por la agricultura 60 – 70 %
Cada vez los recursos hídricos son menos y el hombre los contamina.
Alarmados vemos como las fuentes de agua van desapareciendo. Los cordones
marginales crecen en condiciones ínfimas de abastecimiento de agua potable y
muchos pueblos viven consumiendo aguas contaminadas. Ante esta situación
alarmante podemos buscar diferentes alternativas que nos permitan paliar este
agudo problema:
1.
Aceptar restricciones antes la escasez de agua.
2.
Actuar sobre el abastecimiento ya sea incrementando las fuentes con
nuevos recursos, aumentando la eficacia, modificaciones climáticas
utilización de aguas marinas o reutilización de aguas residuales.
3.
Modificar la demanda:
•
Variaciones de precio
•
Eliminación de consumos no imprescindibles
•
Campañas educacionales para conservar y ahorrar agua
•
Innovaciones tecnológicas
En muchas ciudades del país se reusan las aguas residuales brutas y en la
mayoría de los casos para riego en los diferentes cultivos, otra parte se vierten
directamente al cauce de los ríos, lagos, pantanos, mar; ocasionando un grave
peligro para la salud del hombre, flora y fauna.
La reutilización de las aguas residuales data desde muchos años tras, existen
estudios por ejemplo que en 1,000 años antes de Cristo las aguas residuales de
Jerusalén desembocaban en un estanque las que después de una
sedimentación se utilizaban para riego.
Y por qué para riego?
Porque las aguas residuales además de la carga bacterial y orgánica presentan
concentraciones variadas de elementos nutritivos para las plantas.
En Alemania, Francia, España, etc., se han utilizado las aguas residuales en
riego sin ocasionar daños a los suelos.
Actualmente, muchos países desarrollados utilizan aguas residuales no
solamente en riego sino en otras actividades lógicamente utilizando adecuados
pre-tratamientos.
En general y con adecuados tratamientos el uso de aguas residuales domésticas
en riego, no ocasiona deterioro de los suelos ni de las aguas subterráneas, se
obtienen productos de calidad, no se ha observado acumulación de metales en
los cultivos, no incrementa la salinidad de los suelos, etc.
Formas de Reutilización:
•
Agrícola
•
Riego de parques, jardines, zonas viales, campos deportivos de recreación
•
Industria (refrigeración, calderas, diferentes fases del proceso)
•
Recarga de acuíferos
•
Mantenimiento de lagos, estanques, ríos
•
Usos domésticos (no potable)
•
Abastecimiento
Se entiende por reutilización al uso de las aguas, después del consumo por el
hombre ya sea para satisfacer sus necesidades directas o sus requerimientos
indirectos.
En la reutilización de las aguas es conveniente tener en cuenta los riesgos que
ocasionaría para la salud, los beneficios, la aceptación de la sociedad y la
garantía de un tratamiento adecuado, caso contrario, los problemas que genera
el vertido directo de las aguas residuales a los cauces receptores son marcados
y repercuten en la salud humana y disponibilidad de agua, calidad de suelos, etc.
El reuso de las aguas residuales dependerá de la normativa vigente en cada
país, pero como se ha mencionado el uso de las aguas residuales domésticas
tratadas no han demostrado problemas posteriores al reuso.
En muchos países existen diferentes regulaciones para el reuso de aguas
residuales; así por ejemplo: en agricultura son diversas las exigencias
dependiendo al tipo de cultivo, hábito de crecimiento, periodo vegetativo, forma
de consumo, de igual manera para otros usos la normativa es clara al respecto.
En muchos casos la reutilización de las aguas podrá hacerse después de una
depuración biológica convencional.. Cuando las condiciones son del tipo
higiénico-sanitario (consumo en fresco, campos deportivos, etc), los tratamientos
deben garantizar la eliminación de patógenos. En casos severos (presencia de
epidemias, metales pesados) será necesario tratamientos terciarios o
tratamientos combinados.
Problemática de la reutilización de aguas residuales:
Contaminante
Partículas
suspensión
Parámetro
en SSV y
SSF
Comentarios
Los SS pueden dar lugar a depósitos de
fango y generación de condiciones
anaeróbicas en un medio acuático. Una
cantidad excesiva de materia en suspensión
puede colmatar el suelo
Substancias
orgánicas
biodegradables
DQO Y
Microorganismos
patógenos
Coliformes totales El agua actúa como vehículo en la
y
coliformes transmisión de bacterias, virus y parásitos,
fecales
produciendo numerosas enfermedades.
Nutrientes
Nitrogeno, fosforo, El nitrógeno, el fósforo y el potasio son
potasio
elementos nutritivos esenciales para el
crecimiento de las plantas, y su presencia
en el agua aumenta su valor para riego.
Cuando se vierte nitrógeno o fósforo en el
medio acuático, en el lado contrario puede
producir eutrofización, y el nitrógeno puede
llegar a contaminar las aguas subterráneas.
Acidez o alcanlinidad
PH
El pH del agua residual afecta la solubilidad
de los metales, así como la alcalinidad del
suelo. El intervalo normal para el pH de un
agua residual municipal se sitúa entre 6,5 y
8,5, aunque la presencia de agua residual
industrial puede modificar el pH de forma
significativa.
Metales pesados
Elementos
conocidos,
tales
como Cd, Zn, Ni,
Hg, Mn, etc
Algunos metales pesados se acumulan en
el medio ambiente y son tóxicos para los
animales y las plantas. Su presencia en el
agua residual puede limitar su idoneidad
para el riego.
DBO5
Productos
disueltos SD
(no orgánicos)
Conductividad
Cationes:
Na, B, Mg, Ca
Contenido en cloro
Cloro libre
Cloro combinado
Estas substancias están compuestas
principalmente por proteínas, carbohidratos
y grasas. Una vez vertidas en el medio
ambiente, su descomposición biológica
puede dar lugar al agotamiento del oxígeno
disuelto en las aguas receptoras y a la
aparición de condiciones anaerobias.
Un grado excesivo de salinidad puede
perjudicar ciertos cultivos. Determinados
iones como los cloruros, el sodio y el boro
son tóxicos para ciertas plantas. El sodio
puede causar problemas de permeabilidad
en los suelos.
Una concentración excesiva de cloro libre
daña a las plantas, principalmente las
sensibles. Debe señalarse la preocupación
de la contaminación de las aguas por
compuestos organoclorados.
El cloro
combinado, en concentraciones normales
no afecta a las plantas.
Características de las aguas residuales urbanas:
PARAMETRO
(mg/l)
Sólidos totales
FUERTE
1,000
CONTAMINACION
MEDIA
500
LIGERA
200
Sól. Suspen.
500
300
100
Sól. Sedimen.
250
180
40
Sól. Dis.
250
100
60
D.B.O.
300
200
100
D.Q.O.
800
450
160
OX. Disuelto
Nitrógeno total
0
86
0,10
50
0,20
25
N. Orgánico
35
20
10
N. amoniacal
50
30
15
Nitritos
0,10
0,05
0,00
Nitratos
0,40
0,20
0,10
Fósforo total
17
7
2
Cloruros
Grasas
175
40
100
20
15
0
PH
6,90
6,90
6,90
Organismos patógenos de las aguas residuales domésticas:
Organismos patógenos
Protozoos:
Enfermedad
Entamoebna histolitica
Amebiasis
Giardia lambia
Giardiasis
Balantidium coli
Balantidiasis (disentería)
Helemintos:
Ascaris lumbricoides
Ascariasis
Ancylostoma duodenale
Anquilostomiasis
Necator americanus
Necatoriasis
Anylostoma spp
Larva migrans cutánea
Strogyloides stercolaris
Estrongiloidiasis
Trichuris trichiur
Tricuriasis
Taenia sppa
Teniasis
Enterobius vermicularis
Echinococcus granulosis
Enterobiasis
Hidatidosis
Bacterias:
Shigella (4 especies)
Sigelosis
Salmonella typhi
Fiebre tifoidea
Salmonella (unas 1,700 especies)
Salmonelosis
Vibrio cholerae
Cólera
Escherichia coli
Yersinia enterocolitica
Gastroenteritis
Yersiniosis
Leptospira spp
Leptospirosis
Virus:
Enterovirus (71 especies)
Gastroenteritis, anomalias cardíacas
Virus hepatitis A
Hepatitis infecciosa
Adenovirus (31 tipos)
Enfermedades respiratorias
Rotavirus
Parvovirus (2 tipos)
Gastroenteritis
Gastroenteritis
Lodos residuales:
Los lodos o fangos vienen a ser aquellos subproductos resultantes de los
procesos de tratamiento de las estaciones depuradoras de aguas residuales.
Son de gran importancia ya sea por el volumen obtenido y que se incrementa
con el incremento de la población, así como por ser una fuente potencial de la
materia orgánica, energía, pero si no se le da el adecuado manejo será un grave
problema.
Los lodos provienen ya sea de las lagunas o de las plantas depuradoras, siendo
el volumen mayor de producción de lodos en las plantas depuradoras, debido
principalmente al tiempo de retención.
Salvo en los procesos de aireación prolongada, tanto los lodos del tratamiento
primario como los del secundario requieren de un posterior tratamiento
(digestión) para su reuso. Con este tratamiento se logra:
•
Disminución de materias volátiles
•
Mineralización de la materia orgánica.
•
Concentración de lodos.
Composición característica de los lodos urbanos
Características de los lodos
Primarios
Scundarios
(F.A.)
Digeridos
(mezcla)
SS (g/hab.d)
Contenido de agua (%)
30-36
92-96
18-29
97,5-98
31-40
94-97
SSV (% SS)
70-80
80-90
55-65
Grasas (% SS)
12-16
3-5
4-12
Proteínas (% SS)
4-14
20-30
10-20
Carbohidratos (% SS)
8-10
6-8
5-8
PH
5,5-6,5
6,5-7,5
6,8-7,6
Fósforo (P) (% SS)
0,5-1,5
1,5-2,5
0,5-1,5
Nitrógeno (N) (% SS)
2-5
103-105
1-6
100-100
3-7
10-100
Organismos parásitos
(Nº por 100 ml)
8-12
1-30
1-3
Metales pesados (% SS)
(Zn, Pb, Cu)
0,2-2
0,2-2
0,2-2
Cantidad de fango
(l/hab.d)
0,70
1,70
0,90
Bacterias patógenas
(Nº por 100 ml)
Problemática de los lodos:
Los dos principales problemas que se pueden presentar en los lodos
provenientes de las depuradoras de aguas residuales son los metales pesados y
la presencia de microorganismos patógenos.
Tratamiento de lodos:
El tratamiento de lodos constituye una parte fundamental de las plantas de
tratamiento y supone un 50% del costo de inversión, además de los costos de
mantenimiento y control.
Procesos:
1)
Espesamiento: antes de proceder a la eliminación, o estabilización de los
lodos que se han separado del agua residual es conveniente (rentable)
proceder al espesamiento de los lodos; lo que permite reducir al mínimo el
volumen para facilitar su manejo, transporte y almacenamiento.
Se suele realizar por procedimientos como centrifugación o flotación.
Para el dimensionado de los espesadores es necesario tener en cuenta:
•
Capacidad de espesamiento
•
Velocidad ascensional (influye sobre la forma de la curva de
sedimentación)
•
Altura del espesado
•
Tiempo de retención
2)
Estabilización o digestión:
Puede ser aerobia o anaerobia.
Digestión aerobia: Viene a ser la eliminación en presencia de aire, de la
parte fermentable de los lodos. Los lodos en este proceso disminuyen de
forma continua por la acción de los microorganismos existentes en el
reactor biológico a la vez que se produce una mineralización de la materia
orgánica. Los productos finales de este proceso metabólico son anhídrido
carbónico, agua y productos solubles inorgánicos.
Una adecuada
estabilización corresponde con una disminución de los sólidos en
suspensión del 30 al 35%.
El proceso termofílico utiliza el calor metabólico producido por la bio
degradación de la materia orgánica, alcanzándose temperaturas entre 45 y
65 ºC, con ello se produce la destrucción de patógenos.
Digestión anaerobia: Se considera el método más adecuado para
obtener un producto final aséptico. La descomposición de la materia
orgánica por las bacterias se realiza en ausencia de aire. El oxígeno
necesario para su desarrollo lo obtienen del mismo alimento.
La digestión pasa por procesos de: licuefacción, gasificación y
mineralización produciéndose un producto final inerte y con liberación de
gases.
La digestión está influenciada por una serie de fenómenos que determinan
su eficacia:
•
Temperatura (rango óptimo 29-33ºC)
•
Concentración de sólidos
•
Mezcla de fango
•
pH (debajo de 6.2 la supervivencia de microorganismos productores
de métano es imposible)
•
Acidos volátiles.
Estabilización química: es aquella que se realiza por la adición a los
lodos de productos químicos que los inactivan generalmente se usa cal
que aumenta el pH, lo que dificulta la acción biológica de los lodos;
favoreciéndose la liberación de amoniaco (le quita valor fertilizante al lodo).
Deshidratación de fangos:
La eliminación de agua de los lodos se consigue mediante espesado,
deshidratación y secado.
Para eliminar el agua libre e intersticial es suficiente con el proceso de espesado.
Para la separación del agua capilar y de adhesión es necesario una
deshidratación donde se precisan fuerzas mecánicas en centrifugas y filtros.
Cuando se desea eliminar el agua de adsorción y de constitución se requieren
energía térmica. La elección del método más adecuado dependerá del
contenido en materia seca deseada en el lodo final, el costo del método y
características del lodo.
Desinfección:
Es el proceso mediante el cual se trata de eliminar una gran cantidad de
organismos patógenos presentes en los lodos y que pueden suponer un riesgo
sanitario en su utilización.
En la actualidad no es un proceso generalizado, pero países como Suiza,
Alemania ya contemplan en su legislación normas sobre desinfección de lodos
con fines agrícolas.
Los métodos que se utilizan son la pasteurización que somete a los lodos a
temperaturas de 70ºC y durante 30 minutos, el compostaje y la estabilización
termofílica aerobia o anaerobia que provoca temperaturas de 60ºC y un pH de 8
durante 48 horas o 24 horas si el pH es diferente.
Posible destino de los lodos:
a)
utilización en agricultura como abono (digestión aerobia. Digestión
anaerobia)
b)
Recuperación de terrenos agotados (digestión aerobia.
Digestión
anaerobia)
c)
Recuperación de energía eléctrica, mecánica y calorífica (incineración)
d)
Compostaje (sin digestión)
e)
Vertidos directamente al mar, ríos, lagos.
f)
Relleno de terrenos, escombreras, minas abandonadas, pantanos, etc.
El lodo y su acción sobre el suelo agrícola:
Los lodos se caracterizan por presentar un alto contenido de materia orgánica y
nutrientes por lo que su aplicación al suelo proporcionará estos nutrientes.
Los fangos líquidos procedentes de un tratamiento primario y secundario
contienen entre:
1 – 6.5 % de Nitrógeno
0.6 – 2.5 % de Fósforo
Cuando están digeridos y secados al aire reducen dichos contenidos al 2% de
Nitrógeno y 1,5% de Fósforo.
La materia orgánica varía de 40 a 80% de la M.S.
Cuanto de M. O. Aportan los lodos de una ciudad?
Si un habitante produce en promedio 0.1 Kg lodo (materia seca) y lo
multiplicamos por el número de habitantes por ejemplo Lima (8 millones)
tendríamos una producción de 800 TM de lodo y si de todo esto, el contenido de
M.O. es 50% tendríamos una producción de 400 T.M. de M.O. por día.
Los suelos del Perú presentan en promedio un contenido de 1% de Materia
Orgánica, es decir, una de las causas de la baja productividad.
Si aplicamos las 400 Ton., alcanzaría para elevar de 1 a 3 % el contenido de
M.O., en 10 Has., es decir, incorporamos 10 Has diarias y con potencial agrícola,
al año tendríamos 3,650 has con potencial agrícola, es decir que no solo
aportamos M.O. base para las actividades biológicas del suelo, sino además
elementos nutritivos para las plantas.
A través de las investigaciones biotecnológicas se están obteniendo variedades
que pueden generar sustancias repelentes a plagas y enfermedades pero estas
para poder desarrollar adecuadamente necesitan suelos fértiles.
Para el adecuado uso de los lodos de depuradoras en agricultura se hace
necesario una previa caracterización física, química y biológica que nos permita
descartar la presencia de sustancias tóxicas y peligrosas.
En Europa causó alarma el uso de lodos en la agricultura por la sospecha de la
presencia de metales pesados, pero en diversos trabajos realizados al respecto,
no se encontró presencia de metales pesados y en algunos casos la presencia
era por debajo de los límites permisibles.
En general valores del orden de 2,3 mg de cadmio/kg y 0.9 mg de mercurio/Kg
son limitantes, sin embargo, la tolerancia están en función al tipo de cultivo,
origen de los lodos, tipo de suelos, etc.
Otro problema que se podría atribuir al uso de lodos es la presencia de
organismos patógenos a pesar de la eliminación que se realiza en el proceso de
digestión anaerobia, este problema se solucionaría mediante el compostaje de
lodos antes de su aplicación al suelo, garantizando la sanidad y calidad del
producto.
Compostaje:
Es una técnica que los agricultores realizan con la finalidad de aprovechar los
residuos propios de la actividad agrícola.
El compostaje es una manera racional, económica y segura de obtener un abono
a partir de residuos de origen orgánico, conservando y aprovechando al máximo
los nutrientes presentes en los materiales de partida.
Es un proceso bioxidativo controlado en el que intervienen numerosos y variados
microorganismos que requieren humedad y temperaturas adecuadas, dando al
final la producción de dióxido de carbono, agua, minerales y una materia
orgánca estabilizada, libre de fitotoxinas y dispuesta para su empleo en
agricultura, sin que provoque fenómenos adversos.
Sistemas de compostaje:
•
•
•
Apilamiento estático, con aireación forzada es adecuado para areas
pequeñas, permite el control del oxígeno así como de la humedad y
temperatura, las instalaciones no son casas.
Apilamiento con volteos, es un sistema considerado lento y utilizado desde
épocas muy remotas.
Es simple y fácil de realizar, se voltea
periódicamente la masa para lograr una buena aireación y control de la
humedad y temperatura.
Sistemas cerrados, involucran el uso de reactores de diferentes tipos y
dimensiones, este tipo de proceso es rápido pero su mantenimiento es
costoso y las descargas del compost son muy complicadas.