“LA CAL EN LA HIGIENIZACIÓN DE LOS

LODOS Y EN LA OBTENCIÓN DE COMPOST”

Mª del Carmen Cartagena CausapéDepartamento de Química y Análisis Agrícola

E. T. S. I. Agrónomos

Los lodos de depuradora

• Los lodos o fangos se generan en las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales (EDAR)

• En una EDAR convencional se forman diferentes tipos de lodos conforme se avanza en la depuración del agua.

• Los diferentes tipos son mezclados para tratarse conjuntamente– el lodo primario procedente una sedimentación más

un proceso físico-químico (tratamiento primario)– lodo secundario procedente un tratamiento

biológico convencional (tratamiento secundario).

Los problemas de los lodos• Diariamente se producen en elevados volúmenes, valores que

tenderán al alza debido a la cada vez más exigente normativa respecto a la depuración de aguas

• Su composición presentan gran cantidad de materia orgánica fácilmente putrescible, que entre otros efectos ocasiona malos olores

• Presencia de microorganismos patógenos (legionelas, amebas, bacterias), que suponen un riesgo para la salud humana

• Contenido en metales pesados altamente contaminantes (As 10, Cd 10, Cr 500, Co 30, Cu 800, Fe 17000, Pb 500, Mn 260, Hg 6, Mo 4, Ni 80,Se 5, Sn 14 Zn 1700, mg de metal / kg de lodo seco, Metcalf y Eddy,1998)

• Presencia de hidrocarburos aromáticos policíclicos (5.5 mg PAH / kg de lodo seco, Zheng y col.,2007 ).

Incineración

Vertido

Aplicación al suelo

OPCIONES PARA LOS LODOS DE DEPURADORA

Los lodos en las ERAR

En las ERAR debe de existir una línea de tratamiento de lodos, consistente en dos procesos fundamentales:

• Estabilización del lodo: la eliminación de la carga patógena, de olores desagradables, del potencial de putrefacción.

• Deshidratación del lodo o secado térmico. Indispensable para su correcto manejo, almacenamiento, transporte, etc y posteriorvalorización del producto.

Unidad de proceso Método Funciones

Estabilización

Lodo bruto

Concentración

Acondicionamiento

Concentración

Deshidratado

Secado

Eliminación del residuo

Digestión aerobiaDigestión anaerobiaEstabilización químicaCompostaje Tratamiento térmicoIrradiaciónLagunaje

Control de la putrescibilidadDestrucción de patógenosControl de oloresReducción de volumenReducción de pesoProducción de gas (subproducto)

Adición de reactivosElutriaciónTratamiento térmico

Mejora de la deshidrataciónMejora de la captura de sólidosAumento de la velocidad de producción

CentrifugaciónFlotación por aire disueltoSedimentación por gravedad

EspesamientoEliminación de aguaMezcla de lodos

CentrifugaciónEras de secadoLagunajeFiltros a presiónFiltros a vacío

Eliminación de aguaReducción de volumenReducción de pesoFormación de una torta seca

Tratamiento térmicoIncineraciónPirolisisOxidación húmeda

Eliminación del aguaReducción del volumenReducción de pesoUtilización del producto final

Fijación químicaAplicación al terrenoLlenado de zanjasInyección en pozo

Eliminación del residuoUtilización del producto final

Deshidratación y estabilización de lodos

• Los lodos deshidratados según el grado de humedad se pueden dividir en:– Lodos pastosos: 30-50 % de materia seca. Permite

su vertido al terreno.– Lodos secos: 50-90 % MS. Lodos estabilizado y sin

olor.– Lodos totalmente secos: > 90 % MS. Lodo

estabilizado y sanitariamente seguro. Permite un almacenamiento de larga duración.

• La estabilización se puede clasificar en:– Tratamiento químico: Encalado– Tratamiento biológico: Digestión anaeróbica. Más

usual

Tratamiento de los lodos en las distintas Comunidades Autónomas (MARM,2009)

¿Por qué higienizar los lodos?

Producción de lodos:1.200.000 t de materia seca/año

Valorización agrícola:725.000 t de materia seca/año

Porcentaje del destino final de los lodos (MARM, 2009)

Patógenos en lodos de depuradora (Strauch,1998)

Virus Bacteria FungiEnteric virusRespiratory virusAdenovirusAstrovirusCalicivirusCoronavirusEnterovirusParovirusReovirusRotavirusVirus hepatitis A ProtozoosAcanthomoebaDientamoebaFragilisEntamoebaHystoliticaGiardia lambliaGiardia intestinalisIsospora belliPalantidium coliSarcocystis sppToxoplasma gondii

Aeromonas sppBacillus cereus y anthracisBrucella sppCitrobacter sppClostridium botulinum y perfringensEnterobacteriaceaeEscherichia coliKlebsiella ppLeptospiraIcterohaemorrhagiaeListeria monocytogenesMycobacterium tuberculosisPasteurellaPseudotuberculosisProteus sppProvidencia sppPseudomonas aeruginosaSalmonella sppSerratia sppShigella sppStaphylococcus aureusEnterococcus sppVibrio cholerae

Aspergillus fumigatusCandida albicansCandida guillermondiiCandida KruseiCandida tropicalisCryptococcus neoformansEpidermophyton sppGeotrichum candidumMicrosporum sppPhiolophora richardsiiTrichosporon cutaneumTrichophyton sppHelmintosAnkylostoma duodenaleAscaris lumbricoidesEchinoccus granulosusEchinococcusMultilocularisEnterobium vermicularisNecator americanusStrongyloides stercoralisTaenia saginataTaenia solium

La cal en el tratamiento de lodos, biosolidos

• La cal viva (CaO) y la cal apagada (Ca(OH)2 ) se han venido utilizando en el tratamiento de residuos orgánicos desde hace mas de 100 años

• El tratamiento con cal de lodos de tratamiento de aguas residuales urbanas (biosolidos) está específicamente preescrito en las EPA (USA)

¿Cómo actúa la cal viva?

proceso basado en:El incremento de temperatura

CaO + H2O Ca(OH)2 + 1.140 kJ/ kg

El valor de pHla alcalinidad producida por los

grupos (OH)- generados• 1 kg of CaO genera 0,607 kg

(OH)-

Óxido de calcio

• Cuando se utiliza la cal viva CaO se produce una reacción exotérmica con el agua. El calor generado aumenta l temperatura del residuo hasta 70ºC provocando su pasterización.

• El alto valor del pH precipita la mayoría de los metales pesados presentes en el residuo y reduce su solubilidad y movilidad

• Reacciona con los compuestos de fósforodisminuyendo su solubilidad y movilidad

¿Efectos de la cal viva ?

¿Cómo actúa la cal hidratada (apagada) ?

• El Ca(OH)2 es un compuesto alcalino que aumenta el pH hasta 12.4

• A valores de pH superiores a 12, la membrana celular de los microorganismos patógenos se destruye

• Barrera a los vectores: previene la trasmisión de enfermedades por insectos

• Persistencia debido a la baja solubilidad en agua de la cal que ayuda a mantener el pH y previene el rebrote de patógenos

¿Cómo actúa la cal ?

• El Ca(OH)2 proporciona iones Ca2+

libres que reaccionan y forman complejos con compuestos de azufre: SH2 y mercaptanos disminuyendo el olor

• La adición de cal incrementa el contenido en sólidos del residuos, haciendo más fácil su manejo y almacenaje

SENCILLO

VERSATIL EFECTIVO

BARATO

CAL VENTAJAS

Tratamiento de lodos: Adición de cal viva

Comportamiento de indicadores (unidades logarítmicas) durante diferentes tipos de tratamientos (De Bertoldi et al 1991; UKWIR 2002;Mocé-Ilivina et al, 2003;

Schwartzbrod 1997)

Trat. térmico

Acondicionamiento con cal Digestión anaerobia mesofílica

Digestión anaerobia termofílica

Compostaje

Lodos Bioresiduo

Patógenos 2.00 4.00

Coliformes fecales 1.30->6.70 0.68->6.00

Enterococos >2.70 2.22 3.00-4.00 0.05-1.00 0.71-4.00

Clostridium 0.30 2.30

C.perfringens 0.10->4.00

S.senftenberg 4.71-7.95 4.18 2.09-2.39

E.coli >3.60 2.57 4.35-4.76 3.37 6.18

Cryptosporidium 0.00-1.98 2.67

L.monocytogenes 6.75 2.23 2.44-3.10

Virus 0.50-2.00 6.00

Polivirus 6.50-6.82 4.46 7.85

Lodos de depuradora PLAN NACIONAL INTEGRADO DE RESIDUOS (PNIR)

(2007-2015)

Prevención y reducción de la contaminación en origenCaracterización suelos receptores

Mapa de MO y MP de los suelos agrícolas y pastizalesMapa del contenido en P

Caracterización de los LDCEDEX, CIEMAT, IMIDRA 66 depuradoras

Tratamiento de lodosCalidad del compost de los LDNormativa sobre el compost

Real decreto 824/2005 sobre Productos fertilizantesNormativa analítica de los LD

Proyecto HorizontalProgramas I+D+i

Prevención de la contaminación de los LD.Códigos de buenas prácticas en fertilización agrícola a base de LD.Calidad de los tratamientos de los LD, en particular del Compostaje.Búsqueda de nuevos usos de los LD

Caracterización de los lodos de depuradoras generados en España MARM (2009)

CALCIO• Su presencia en los lodos está condicionada no

sólo por el origen del agua residual, sino también por el tratamiento que recibe en las EDARs.

• Los resultados obtenidos para el Ca asimilable presentan un amplio rango de valores desde 100 a 30.000 mg/kg de materia seca.

• Los valores de Ca total oscilan entre 10.000-120.000 mg/kg de materia seca.

Normativas• UNIÓN EUROPEA

• Directiva 86/278/CEE. Utilización de lodos de depuradora en agricultura, 1986 (RD 1310)

• Documento de trabajo en biosólidos, elaboración de diferentes documentos desde 2000

• ESTADOS UNIDOS

• Control of pathogens and vector attraction in sewage sludge. USEPA 625/R92/013. 1993-1999-2003

Normativas: UNIÓN EUROPEA

• Directiva 86/278/CEE

Restricciones:

-Metales pesados

• Nueva directiva

Working Document on Sludge, Draft

Restricciones:

-Metales pesados-Contaminantes orgánicos-Dioxinas-control microbiológico

TRATAMIENTOS AVANZADOS DE HIGIENIZACIÓN

Estabilización de biosolidos. EPA :

Dos categorias de reducción

Clase A:

[40 CFR 503.15, 503.32(a)]

Muy baja concentración de patógenos

Elevado pH y 70º durante 30 minutos

Utilización sin restricciones

Clase B :

[40 CFR 503.15, 503.32(b)]

Mayor concentración de patógenos que la Clase A

Mantener el pH a valores superiores a 12 durante 2 horas y mantenerlo a 11,5 durante 22 horas

Restricciones de utilización

Movilidad de metales en suelos (Förstner, 1985)**

Metal Neutro, alcalino AcidoCd 2 4Cu 1 3Zn 2 4Hg 1 4Pb 1 3Cr 1 3Ni 1 4Se 5 1Mo 5 1As 4 1Tl 2 2Fe 2 2Mn 3 4Al 1 3

Para estimar la movilidad, se le atribuye una nota entre 1 (el menos disponible) a 5 (el más disponible)

Valor límiteRD 1310/90

Suelo pH<7 Suelo pH >73er Draft.WorkingDocumento onsludge

Propuesta de Directiva 2003

METALES PESADOS(mg/kg sms)

CdCr (total)Cr(VI)CuHgNiPbZn

20 401000 1500

--- ---1000 1750

16 25300 400750 1200

2500 4000

101000

101000

10300750

2500

101000

---1000

10300750

2500

COMPUESTOS ORGÁNICOS(mg/kg sms)

AOXLASDEHPNPEPAHPCB

------------------

5002600100506

0,8

---5000

---450

60,8

DIOXINAS y FURANOS(ng ITQ/kg sms)

PCDD/F --- 100 100

Tratamiento de efluentes

• Neutraliza ácidos• Ajusta el pH antes de otro tratamiento o

descarga• Precipita metales, sulfato o fluoruros• Reduce nutrientes( fosfatos y nitrógeno)• Modifica las características de los lodos

La cal en el tratamiento

de aguas residualesurbanas

Precipitación del P Facilita el stripping del N

Contrarresta la acidez de la alumina y del

FeCl3

Prevención de la eutrofización Facilita la separaciónde lodos

Clarificante(con coagulantes)VEGETALESFRUTAS

Precipita sólidosdisueltosTEXTILES

Precipita metales pesados

Neutralizaresiduos ácidos (H2SO4)ACERO, RAYON

La cal en el tratamiento de aguas residualesindustriales

Residuos ganaderos

• Problemas medioambientales• Carga de exceso de nutrientes en suelos

agrícolas• Metales pesados• Eutrofización de aguas superficiales• Contaminación de aguas

subterráneas• Aporte de patógenos• Malos olores

Aspectos positivos de la cal en el tratamiento de residuos animales

• Reduce el número de microorganismos patógenos– Reduce el riesgo de salud pública

• Reduce la actividad microbiológica– Inhibición de la biodegradación– Reduce la DBO y la contaminación potencial– Reduce el riesgo de vectores– Incrementa la aceptabilidad del producto en agricultura

• Reduce la el contenido y la biodisponibilidad de los nutrientes: P y N – Reduce la eutrofización y el potencial contaminante

• Ayuda a contrarestar la acidificación del suelo cuando el producto se añade al suelo

Aplicación agrícola de residuos orgánicos tratados con cal

INCONVENIENTESVENTAJAS

¿Que efecto produce en los nutrientes?

Pérdidas de amoniaco por volatilización

NH4+ + OH- = NH3 gas

Disminuye el P asimilable por formación de especies no disponibles

Tratamiento Relación molar

X/P WSP WSPi

WSP0 mg/kg Lodos no tratados 3520 3386 199 Lodos 50 días 848 734 114 compostados 156 días 559 508 51 214 días 772 703 19 Adición de sulfato ferroso Fe/P 0,58 922 848 85 1,01 213 142 75 1,9 74 14 36 3,04 39 9 27 16,53 45 14 35 Adición de oxido de cal Ca/P 2,32 1122 1032 80 2,75 466 371 106 3,47 181 16 165 8,33 147 24 126 17,72 66 1,3 64 Adición de alumina Al/P 1,04 496 462 37 1,65 77 20 53 2,87 522 495 39 9,55 5300 5313 0 22,17 3910 3833 78

Relación entre WSP (moles kg-1) y su contenido en Ca+Fe (moles kg-1) en los bioresiduos.

y = 0,017x-1,03

R² = 0,682

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000

WS

Pto

tal

(mo

les

kg

-1)

Fe+Ca (moles kg-1)

RELACIÓN ENTRE WSP y Ca+Fe

EL FOSFORO EN LOS BIORESIDUOS: LOS METODOS DE EXTRACCION SECUENCIAL COMO SISTENMA DE VALORACION DEL RIESGO DE LAS PERDIDAS DE P.

RESULTADO

S

RESULTADOS DE LA METODOLOGÍA DE XIAO-LAN HUANG

PARA BIOSÓLIDOS

P débilmente enlazado P lábil

Lodo LTG 14,09 21,75Lodo IND 53,34 60,42

Lodo EDAR 18,73 27,96Lodo ETAP 55,59 65,64Compost S 12,20 31,69

Compost X 18,74 40,24Compost L+RV 19,17 33,62Compost L+RV(2) 14,58 46,09

68,31

RESIDUO

MÉTODO DE XIAO-LAN HUANG (porcentajes)

BIOSÓLIDOS (LODOS)

59,7666,3853,91

P poco disponible

78,2539,5872,0434,36

National Phosphorus Research Project runoff box protocol (2001)

Intensidad de lluvia: 100 mm/h

Ensayos de pérdidas de fósforo por escorrentía superficial con simuladores de lluvia

RESULTS: BIOAVAILABLE P (BAP) IN RUNOFF

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Dry slurry Fresh slurry

Dry sludge

Wet sludge

MSW digest

MSW compost

Bare soil

BAP

(mg/

L)

Event 3

Event 4

Ca 5,2

Fe 1,3

Ca 6,3

Fe 2,3

Ca 6,5

Fe 58,6

Ca 16,9

Fe 65,8

Ca 51,6

Fe 6,7

Ca 35,2

Fe 5,1

Ca g/kg

Fe g/kg

Pérdidas de DRP por lixiviación

PSI =159

PSI =53

Suelo básico Suelo ácido

Valoración de riesgo:

Purín de cerdo fresco

Lodo húmedo

Purín seco

Lodo seco

WEP/ P total % de WEP perdido

Purín de cerdo fresco

Purín seco

Lodo húmedo

Lodo seco

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mariacarmen.cartagena@upm.es

Patógenos

Compost/digestado es higienizado cuando:

Salmonella spp Ausente en 50 g (húmedo)

Clostridium perfringens Menos que 3,000 especies/g

Escherichia coli Menos que 103 cfu/g (húmedo)

Tem

pera

ture

Time

Milk of quicklime

Reactivity delayed

STANDARD QUICKLIME(Powder + water)

This patented product is formulated with delayed quicklime, an additive and water.