BIOMETANIZACIÓN DE FANGOS
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BIOMETANIZACIÓN DE FANGOS ESTABILIZACIÓN E HIGIENIZACIÓN NUEVAS TENDENCIAS Alfonso AMORENA UDABE Servicios de la Comarca de Pamplona S.A. (Jornadas AEAS) Lleida, a 31 de mayo de 2001 1. INTRODUCCIÓN El debate en materia de depuración en estos momentos está cambiando sustancialmente, hasta ahora se consideraba un problema de índole medioambiental, el objetivo era mejorar nuestros ríos, evitar la eutrofización…, para lo cual el esfuerzo económico se destinaba, fundamentalmente, en las plantas depuradoras a la línea de agua, cumpliendo, sin más, con los mínimos en la línea de fangos. En estos momentos, potenciado por las intensas crisis en materia de seguridad alimentaria que se están registrando en la Unión Europea, el tratamiento de fangos se está convirtiendo en la estrella, o mejor dicho en la patata caliente, de gran número de plantas. Sin darnos cuenta, poco a poco, las exigencias europeas en materia de saneamiento, han ido presionando para depurar más, y mejor, provocando, lógicamente, que cada vez exista una mayor cantidad de fangos a gestionar. Paralelamente, los destinos de éstos se han ido restringiendo: ha desaparecido el vertido al mar, las restricciones en materia de emisiones a la atmósfera son sumamente estrictas, ya existe en la práctica una prohibición de depósito en vertederos… En este contexto el Plan Nacional de Lodos de Depuradora (20002006), elaborado por el Ministerio de Medio Ambiente, ha previsto que para el 2005 alrededor del 67% de los lodos (850.000 Tms/año) sean reciclados en la agricultura y en la conservación de suelos, ya sea directamente (40%) o compostados (27%). Se establecen, además, una serie de inversiones para la consecución de los objetivos previstos en este Plan. Frente a esta planificación nacional en la Unión Europea se sigue trabajando en materia legislativa, y así desde Abril del 2000, ya se dispone del tercer borrador que modificará la Directiva 86/278 y el Real Decreto 1310/1990 que regulan la aplicación de lodos en la agricultura. Los cambios en la gestión de fangos que introducirá la futura normativa son muy significativos, pudiendo llegar a comprometer la viabilidad del mencionado Plan Nacional, al exigir un tratamiento avanzado, una fuerte higienización, para cualquier aplicación de lodos en la agricultura. Con esta inquietud de conocer, qué grado de higienización se consigue con los tratamientos convencionales en nuestro país, cómo estamos en cuanto al cumplimiento del proyecto de Directiva, la Asociación Española de Abastecimiento de Agua y Saneamiento (AEAS) ha iniciado las gestiones para efectuar un diagnóstico microbiológico a nivel nacional y poder concluir el grado de cumplimiento que podríamos conseguir del citado Plan. A título de ejemplo, en la presente comunicación, se expondrá un caso muy común en nuestro país donde es habitual conseguir la estabilización del fango mediante una digestión anaerobia mesófila. Veremos el nivel de eficacia de este proceso, es decir el grado de cumplimiento de los límites de la propuesta de normativa. En caso de incumplimiento de la misma se plantearán algunas de las opciones existentes para adaptarse a la futura legislación. 2. VISIÓN INTEGRAL DE UNA DEPURADORA Al analizar la gestión de una planta depuradora desde un punto de vista integral, es decir con el objetivo de obtener la mejor calidad de agua depurada, así como el lodo más adecuado para su reciclaje, se debe contemplar la planta como si fuera, además de una depuradora de agua residual, una fábrica de un residuo con un significativo valor agronómico. En primer lugar, si nuestra pretensión es aprovechar el lodo con éxito, tendremos que disponer de la capacidad para condicionar la calidad del influente que nos llega; principalmente si tiene una componente de carácter industrial, al objeto de garantizar que la valorización de los lodos sea viable y sostenible. Paralelamente, deberemos dotar a la depuradora de aquellos equipos e instalaciones que nos aseguren una calidad del lodo que garantice, además del cumplimiento de la normativa vigente, unas propiedades acordes a las necesidades de nuestro contexto socioeconómico. Por último señalar que la explotación de la depuradora deberá compatibilizar el interés de la línea de agua con la de fangos, de modo que el residuo generado en la depuración de las aguas residuales tenga las condiciones mínimas para su correcto reciclaje. 3. SITUACIÓN ACTUAL: LA DIGESTIÓN ANAEROBIA MESÓFILA DEL FANGO COMO PRETRATAMIENTO PREVIO A LA VALORIZACIÓN AGRÍCOLA DEL LODO La normativa actual en materia de reciclaje de lodos en la agricultura exige que éstos hayan sido tratados (Directiva 86/278 y Real Decreto 1310/1990 - Art. 2): “…previamente deberán haber sido tratados, de modo que se haya reducido de forma significativa su poder de fermentación y los inconvenientes sanitarios de su utilización…”. Como se puede observar los límites, tanto en estabilización de la materia orgánica como en higienización, son muy ambiguos lo cual ha permitido una interpretación muy laxa de estos términos prodigándose, en muchos casos, situaciones muy controvertidas. Un método ampliamente utilizado en nuestro país como tratamiento de fangos es la digestión anaerobia en fase mesófila (34-36º C). Es un proceso en continuo donde habitualmente se calienta el fango con el calor procedente de la refrigeración de los motores accionados por el biogás generado en la digestión. 3.1. La digestión anerobia desde la perspectiva de valorización agronómica. Como a continuación veremos la digestión anaerobia debería cumplir con suficiencia los requisitos, Tabla 1, exigidos por la legislación vigente: - Estabilización de la materia orgánica En la digestión, con los periodos de retención hidráulica habituales de 20-25 días, tiene lugar una disminución importante, alrededor del 40-50 %, de la materia volátil contenida en el fango. La parte más fermentescible de éste se convierte en biogás, quedando la fracción orgánica más estable, y por tanto, la más manejable desde el punto de vista medioambiental y agrícola. - Higienización parcial del fango El tratamiento con calor a que es sometido el fango en la digestión anaerobia tiene efectos higienizadores. Como se puede apreciar en la Tabla 1 produce una disminución muy significativa de las poblaciones microbianas indicadoras (Coliformes, Estreptococos y Enterobacterias) , del orden de 102 UFC/gr, y es posible que incluso hayamos eliminado la mayor parte de las bacterias patógenas (Salmonella) existentes en el fango. Por tanto, podemos concluir diciendo que una digestión anaerobia gestionada correctamente debe cumplir con creces las condiciones de estabilización de fangos exigidas por la normativa vigente. No se obtendrá, como hemos visto, un residuo totalmente higienizado por lo que sus aplicaciones tendrán que ser restringidas, y además, deberán realizarse tomando las medidas sanitarias oportunas. Lógicamente, las ventajas de manejo que entraña un fango digerido, de reducida capacidad fermentativa, en el cual se ha minimizado la generación de malos olores, son obvias: - posibilidad de aplicación, acopio y reparto, en zonas relativamente próximas a núcleos urbanos. - transporte en condiciones satisfactorias al evitar molestias en las vías de circulación. - mínima generación de olores en depuradora y posibilidad de acopio de lodos en ésta con mínima incidencia medioambiental. Por último destacar, hecho que muchas veces suele pasar desapercibida, otra gran ventaja de la digestión anaerobia, el consumo que tiene lugar de materia orgánica, y por tanto, la disminución en la cantidad de residuo a valorizar. Tal y como se ha expresado en la Tabla 2, una eficiente gestión de la digestión anaerobia, con conversión en biogás del 45% de la materia volátil, disminuye la cantidad de lodos deshidratados en más de un 3040%, con las consiguientes ventajas que esto entraña en la gestión de un residuo cada vez más comprometido. 3.2. La digestión anaerobia desde la perspectiva aprovechamiento de energías renovables. de La digestión anaerobia, además de estabilizar el fango para su posterior valorización agrícola, genera biogás, con una riqueza en metano en torno a 50-60%, que puede ser utilizado como combustible. Así si se digiere el 45% de la materia orgánica podemos hablar de producciones medias de 800-1000 m3 biogás/ Tm volátil digerida, que puede valorizarse mediante su combustión en motores para la obtención de: - energía eléctrica (motogeneradores) para aprovechamiento en la propia planta depuradora y exportación a la red. - energía mecánica (turbocompresores) para la aportación del aire necesario a los reactores del proceso biológico de depuración (fangos activados) - energía térmica de la refrigeración de motores y gases de escape para el calentamiento de digestores y otras aplicaciones (calefacción, higienización…) De este modo es posible obtener un alto grado de autoabastecimiento energético en la depuradora, superior al 60%, a partir de una energía renovable el biogás generado a partir de los fangos. Si a este hecho se le suma la posibilidad de jugar a las tarifas eléctricas, es decir estar inscrito como empresa cogeneradora, es posible conseguir un alto grado de autosuficiencia económica energética. 4. SITUACIÓN FUTURA: LA NECESIDAD DE UN TRATAMIENTO AVANZADO COMO REQUISITO PREVIO A LA VALORIZACIÓN AGRÍCOLA DEL LODO. En estos momentos ya se dispone del tercer borrador que modificaría la Directiva 86/278 sobre reciclaje de lodos de depuradora en la agricultura. Su intención es muy clara y concluyente, posibilitar la valorización en la agricultura solo de aquellos lodos con muy bajos niveles en metales pesados validados desde el punto de vista microbiológico y con bajos contenidos en contaminantes orgánicos (Tabla 3) Desde el punto de vista microbiológico la conclusión es muy precisa, sólo se aplicarán en la agricultura, salvo contadas excepciones, aquellos lodos que hayan sufrido un tratamiento avanzado, una fuerte higienización que elimine totalmente Salmonella y reduzca el contenido de la bacteria Escherichia coli por debajo de 5 x 102 UFC/gr. 4.1. La digestión anaerobia mesófila en el nuevo borrador de Directiva. En el borrador de Directiva se ofrece una lista de tratamientos avanzados: secados térmicos, tratamientos con cal y térmicos, pero no aparece la digestión anaerobia mesófila tan habitual en nuestro pais. Esta digestión se contempla como un tratamiento convencional, es decir que no asegura los exigentes niveles de higienización señalados anteriormente. Lógicamente, dado que no se considera un tratamiento eficaz, las aplicaciones agrícolas directas de lodos se reducen enormemente, haciendo de forma práctica inviable la valorización agrícola que se desarrolla en estos momentos. 4.2. El sobrecalentamiento del fango como complemento de la digestión anaerobia mesófila. Al objeto de conseguir los resultados de un tratamiento avanzado con las instalaciones habituales de una digestión anaerobia mesófila se procedió a calentar a 40-50º C varios días (2-3) el fango en un digestor secundario, de forma previa a la deshidratación, con el calor excedentario de la combustión del biogás generado en la digestión. Los resultados, expuestos en la Tabla 4, si bien reflejan un cierto impacto térmico, no son suficientes para alcanzar el nivel de higienización exigido por el proyecto de Directiva. La razón, a nuestro juicio, tiene más que ver con la alimentación en continuo, ¡no es un proceso discontinuo (batch)!, que con las temperaturas registradas; al tener lugar una permanente inoculación de nueva carga bacteriana nunca se alcanza la higienización correspondiente a las altas temperaturas registradas. 4.3. El compostaje posterior del fango como complemento a la digestión anaerobia mesófila. El lodo digerido se ha compostado con restos de jardinería, durante un mínimo de 3,5 meses, en un proceso de pilas dinámicas con volteos mecánicos. A lo largo del proceso se han controlado temperaturas, asegurando un mínimo de 15 días por encima de 55º C (Criterio de higienización norteamericano – EPA) y un número de volteos superior a 5. Si bien en el tercer borrador de la Directiva sobre lodos el compostaje no aparece como tratamiento avanzado si figuró en el segundo y parece ser que volverá a incluirse en la lista de tratamientos higienizadores definitiva. A nuestro juicio, en base a los resultados que venimos obteniendo desde hace más de 10 años, podemos afirmar que estamos ante un sistema avanzado (Tabla 4), es decir que reduce las poblaciones microbianas a los límites fijados. Sí se debe señalar, que los límites microbiológicos exigidos son sumamente estrictos, por lo que exigen un seguimiento muy estrecho del proceso de compostaje, que cuando es afectado por inclemencias meteorológicas no deseadas (prolongados periodos de intensas precipitaciones) puede verse gravemente afectado, tanto en cuanto a la calidad del proceso de compostaje, como en su nivel de higienización. 5. IMPLEMENTACIONES TÉCNICAS A UNA DIGESTIÓN ANAEROBIA MESÓFILA QUE LA CONVIERTAN EN UN TRATAMIENTO AVANZADO. A la vista de lo expuesto podemos comentar que si nuestro deseo es mantener una línea sostenible de valorización agrícola de lodos, que cumpla con las rigurosas exigencias de la futura normativa, lo más recomendable podría ser: - Para aplicaciones directas de lodos. Tendríamos que implementar la digestión anaerobia mesófila con un proceso en discontinuo (batch) que asegure una fuerte higienización “… tratamiento térmico de 30 minutos como mínimo a 70º C… (Anexo I 3º borrador de Directiva )” Según el citado borrador este tratamiento térmico debería realizarse de forma previa a la digestión anaerobia. A nuestro entender, desde un punto de vista operativo, en gran número de depuradoras, lo más lógico sería realizarlo tras el proceso de digestión anaerobia, cuando el fango a higienizar está a 36º C, disponiendo de dos depósitos homogeneizadores, previos al deshidratación, para facultar la posibilidad de realizar la higienización en discontinuo (batch). - Para compostar Como ya se ha comentado para que el proceso de compostaje sea eficaz, es decir se comporte con un auténtico tratamiento avanzado, deberá controlarse al máximo, especialmente si se realiza a la intemperie (sistemas abiertos o semiabiertos). El tratamiento deberá considerarse como un proceso higienizador, es decir se tendrá que establecer la mezcla de soporte hidrocarbonado (bulking) más adecuada a cada contexto, para conseguir el impacto térmico deseado. No estamos ante un sencillo tratamiento de deshidratación sino ante una exigente higienización, lo cual entrañará un seguimiento preciso del proceso (temperaturas, humedad…) para corregir aquellas alteraciones que se detecten. Arazuri, a 15 de Mayo de 2001 Fango crudo Fango digerido* 70-80 9-10 50 - 60 6-8 108 108 108 108 - 107 Presencia 103 – 105 103 – 105 103 – 105 104 - 105 Ausencia - Parámetros químicos M. orgánica (%sss) Relación C/N - Parámetros microbiológicos Coliformes totales (UFC/gms) Coliformes fecales (UFC/gms) Enterobacterias totales (UFC/gms) Estreptococos fecales (UFC/gms) Salmonella sp * Digestión mesófila (34 –36º C) y un periodo de retención hidráulica de 20 – 25 días. Tabla 1. Estabilización de fangos mediante digestión anaerobia mesófila: efectos sobre su composición química y bacteriológica Fuente: SCPSA, 2000 Situación1: Sin digestión anaerobia. Fango espesado Fango flotado - - m3 /día 410 326 Producción diaria: 736 m3. (fangos) Producción anual 268.640 m3. (fangos) Producción anual lodo deshidratado (al 25%ms) %ms 6,50 4,25 %mv 70 80 Tms/día 27 14 Tmv/día 19 11 41 T 30 T 11.000 T 15.000 T 60.000 T/año 164 T/día Indice 100 Situación 2: Con digestión anaerobia: eficiencia –45% mv ↑ biogás - - Producción diaria: (sin digestión) Producción diaria: (con digestión) Producción anual 736 m3 41 T 736 m3 30 T 16,5 T 27,5 T 268.640 m3 10.000 T - Producción anual lodo deshidratado (al 25%ms) 40.000 T/año 109 T/día Indice 66 Tabla 2. Impacto de la eliminación de materia orgánica mediante la digestión anaerobia mesófila en la producción de lodos deshidratados al 25% ms. para una planta con una población equivalente de 600.000 habitantes. Fuente: SCPSA, 2000 LEGISLACIÓN ESPAÑA Lodo Depuradora* (RD1310/90) Metales pesados (pmm) Cd Cu Ni Pb Zn Hg Cr Higienización - Definición: LEGISLACIÓN U.E. VIGENTE FUTURA Compost Lodo (O 28/1998) Depuradora* (D 86/278) Lodo Depuradora (3º Borrador) Compost** (2º Borrador) - Microbiología: Contaminantes orgánicos PCB, furanos… 40 1750 400 1200 4000 25 1500 10 450 120 300 1100 7 400 40 1750 400 1200 4000 25 1500 10 1000 300 750 2500 10 1000 1,5 150 75 150 400 1 150 Lodos tratados Higienización Lodos tratados Higienización (Tratamiento avanzado y convencional) Salmonella E. Coli Higienización - - Salmonella E. Coli - < 1 x 103 - < 5 x 102 - x Salmonella Clostridium x * Para suelos con pH>7 ** Límite para el Compost tipificado como Clase II en borrador de Directiva sobre Tratamiento de Residuos Biodegradables. Tabla nº 3. Límites al lodo de depuradora y al compost en las legislaciones vigentes y borradores de las mismas en España y en la U.E. FANGO DEPURADORA PAMPLONA 103-104 102-103 Límite legal (3º BorradorDirectiva) - 103-105 103-104 102-103 - - Enterobacterias totales 103-105 103-104 102-103 - - Estreptococos fecales 104-105 104-105 103-104 - Presencia Ausencia Ausencia Ausencia 105-106 104-105 102-103 <5x102 Lodo digerido* - Coliformes totales 103-105 - Coliformes fecales - Salmonella - Escherichia coli Lodo Lodo sobrecalentado** compostado*** (Unidades en UFC/gms) *Lodo digerido: fango sometido a digestión anaerobia mesófila (34-36ºC) durante 2025 días con alimentación en continuo. ** Lodo sobrecalentado: tras digestión anaerobia mesófila, continuo, tratamiento térmico a 50-55º C durante 2-3 días. en alimentación en ***Lodo compostado con restos de jardinería durante 3,5 meses con un periodo mínimo de 15 días por encima de 55ºC. Tabla Nº4. Detalle de niveles de higienización según diferentes tratamientos a los que se ha sometido el fango en la EDAR Arazuri y su comparación con el límite legal establecido por el 3º Borrador de la Directiva Europea de aplicación de lodos en la agricultura. Fuente: SCPSA, 2000
