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Revista ESAICA
Sección Ingeniería Agroindustrial
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Validación de Uso de Lodos Generados en Plantas de
Tratamiento de Aguas Residuales Tipo UASB como
Insumo en Recuperación de Suelos Agrícolas
Gustavo Adolfo Mantilla Oviedo*, [email protected] docente cátedra Universidad Industrial de Santander,
Bucaramanga-Colombia.
Recibido 2014/09/22 Revisado 2014/11/22 Aprobado 2015/01/26
Para citar este artículo se recomienda: G. A. Mantilla, Validación de uso de lodos generados en plantas de tratamiento de
aguas residuales tipo UASB como insumo en recuperación de suelos agrícolas. Revista ESAICA, Vol.1 n°1, pp. 18-23, junio
2015.
Resumen— El artículo trata de la validación del
aprovechamiento de lodos generados en plantas de
tratamiento de aguas residuales tipo UASB, como insumo
de recuperadores de suelos agrícolas, a partir de
compostación. En primer término se presenta el marco
legal que rige actualmente el manejo y aprovechamiento de
biosólidos. En segundo lugar, se describe el proceso de
generación de lodos en una PTAR tipo UASB y las
condiciones de salida de esos lodos generados. En otro
apartado se explicita el proceso de compostación
estandarizado para residuos orgánicos; y finalmente se
exponen las pruebas de laboratorio y legales necesarias
para garantizar la inocuidad del lodo y su uso en procesos
agrícolas.
Palabras clave: lodos, PTAR, UASB, suelo agrícola,
biosólido
Abstract—. This article is about the improvement
validation of sewage sludge generated at UASB waste water
treatment plants, as a product obtained by composting to
recuperate damage farming soil. First, it shows Colombian
normativity on biosolid improvement and management.
Secondly, it describes the process of sludge creation. Third,
it explains standardized composting process of sludge for
organic waste; and finally, it reports laboratory tests and
legal rules that are necessities to guarantee sludge safety
and its use in agriculture processes.
I. INTRODUCCIÓN
Aunque el principal uso de la tierra en el mundo es la
actividad agrícola, tal como se evidencia en la Figura 1 del
proyecto LADA, desarrollado de 2006 a 2010 por la FAO
[1]; es innegable que los suelos fértiles del planeta están en
peligro de degradación por erosión, desalinización o
desertificación; debido al cambio de vocación del suelo,
sobrepastoreo, mineralización media, agricultura intensiva,
contaminación ambiental, efectos cambio climático, entre
otros. La degradación de suelos se define aquí como la
“pérdida de productividad económica o biológica ocasionada
por la reducción en la capacidad de la tierra para proveer a
sus beneficiarios ecosistemas y servicios adecuados durante
un periodo de tiempo determinado” [2]. Estos ecosistemas y
servicios son: viabilidad de producción agropecuaria, la
cantidad y calidad de reservas de agua y por supuesto la salud
del propio suelo; en otras palabras, ellos incluyen la
sobrevivencia de la biodiversidad y el mantenimiento
hidrológico, nutricional y de los ciclos de carbono.
Finalmente hay que aclarar que la degradación no se limita a
un fenómeno de origen antrópico sino que comprende
también impactos y efectos medio ambientales [1].
Key Words: sewage sludge, Waste Water Treatment
Plant (PTAR), Upflow Anaerobic Sludge Blanket
(UASB), farming soil, biosolid.
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Fig. 1 Usos mundiales del suelo
Fuente: FAO, 2010
Como se observa en la Figura 1, Colombia es un país que
cuenta con un alto porcentaje de su territorio, apto para la
actividad agrícola y Santander no es la excepción, debido
entre otros, a la variedad de pisos térmicos en todo el
territorio del departamento, a su situación estratégica como
despensa de productos del interior al norte del país y a la
calidad y diversidad de sus suelos [3]. Particularmente, en
cuanto a los suelos de Santander, en las seis provincias (Soto,
Mares, Guanentina, Comunera, Vélez y García Rovira) es
posible hallar todos sus diversos tipos, que se sistematizan en
la siguiente tabla:
TABLA 1
TIPOS DE SUELOS
19
Otros usos
(especies maderables, pastos y
cultivos de subsistencia)
Tierras de protección y en vegetación
xerofítica páramos del Almorzadero,
Santurbán, La Rusia y los Cañones de
los ríos Chicamocha, Suárez, Fonce.
448.441 Ha.
(vegetación de porte bajo, espinosas y
de poca densidad)
Tierras sin uso agropecuario o
forestal. Son reemplazadas por áreas
en pantanos y ciénagas, susceptibles a
inundaciones, vegetación herbácea y
de tipo arbustivo.
11%
Pajonales y sin cobertura vegetal
donde predominan los suelos
superficiales y con afloramientos
rocosos. 176.010 Ha.
Fuente: elaboración propia basado en Plan Frutícola
Nacional, 2006
Fuente: IGAC, 1999
Así mismo, de acuerdo con la clasificación agroecológica
realizada por el Instituto Geográfico Agustín Codazzi (Fig.
2), las tierras del departamento de Santander se distribuyen
en los siguientes usos y cobertura [4] así:
ÁREA
Agrícola
Pecuaria
Forestal
Bosques
TABLA 2
USO SUELO EN SANTANDER
TIERRA
Cultivo transitorio 27.377 Ha.
(maíz, fríjol, papa, arroz, hortalizas,
sorgo, tabaco, melón, papaya y yuca)
Cultivos semipermanentes
62. 149 Ha
(caña panelera, plátano, banano, piña
y lulo)
Cultivos permanentes
116.585 Ha
(café, cacao, palma de aceite,
aguacate, cítricos, mora, granadilla,
curuba, tomate de árbol y pitaya)
34.292 Ha. Pastos de corte
785.565 Ha. Pastos naturales
602.321 Ha. Pastos tecnificados
Uso actual del suelo en el
departamento
800.960 Ha.
PORCE
NTAJE
21,2%
Fig. 2 Usos del suelo en Santander
Fuente: Plan Frutícola Nacional, 2006
60,2%
17,52%
A partir de lo anterior, se presenta en este artículo la
validación del uso de biosólidos tratados, para usos agrícolas,
con beneficios adicionales económicos frente a la oferta
actual de productos agrícolas y ventajas ambientales, en
cuanto se aprovecha un residuo de alta generación en las
PTAR tipo UASB. En este punto se acudió a la normatividad
ambiental, especialmente la reglamentada por el Ministerio
de Vivienda, Ciudad y Territorio de Colombia donde
establece los criterios para el uso de los biosólidos generados
en plantas de tratamiento de aguas residuales municipales,
mediante el Decreto 1287 de 2014 de julio 10 de 2014 [5].
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II. PROCESO DE GENERACIÓN DE LODOS EN PTAR
TIPO UASB
A. Formación del lodo
Las aguas residuales domésticas están cargadas de sólidos,
por lo cual el principal objetivo de un tratamiento primario
de aguas es disminuir su concentración, para ello se cuenta
con una distribución de sólidos como lo muestra la Figura 3,
donde las aguas residuales tienen en promedio una
concentración de sólidos que se muestran en la Tabla 3.
Sólidos
volátiles
Sólidos
Filtrados
s
Sólidos
volátiles
Sólidos
Filtrados
Este material se debe almacenar en liras de máximo 1.8 m.
de altura y con espacio para realizar un volteo que ayude a su
secado final. El control mínimo que se debe realizar es de
humedad y temperatura; y de ellos, el más importante es este
último parámetro porque indica el grado de sanitización del
material. Lo ideal es lograr temperaturas de 60 grados
centígrados.
Sólidos
Fig. 3. Distribución de sólidos en tratamiento
Filtrados primario
Fuente: elaboración propia
TABLA 3
PROMEDIO DE CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS EN
AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS
SOLIDOS
SEDIMENTABLES
(ml/l)
SOLIDOS
SOLIDOS
VOLATILES
SUSPENDIDOS( mg/l) (mg/l)
314,6
225,7
Este procedimiento dura aproximadamente de uno a dos
meses, después de los cuales se debe dejar el material en una
etapa de maduración, mediante almacenamiento en pilas,
controlando que la temperatura se estabilice a
las
condiciones ambientales.
DQO
III. CONDICIONES DE SALIDA DEL LODO
(mg/l)
785,78
4,4
La producción promedio de un UASB que opera con aguas
residuales domésticas es de aproximadamente 0.2 Kg
SST/Kg DQO [7] y se miden después de un cribado de 3mm.
Para el manejo de estos lodos se recomienda realizar un
proceso de secado, ya sea en un lecho conformado por
material filtrante o disponerlos en un gran pondaje con un
filtro dren en el fondo.
Sólidos
volátiles
Sólidos
sedimentables
Lodo en exceso=lodo sedimentable efluente + lodo de
descarga del manto (1)
Cuando se tiene un Sistema UASB, los lodos generados en
promedio para una planta con capacidad de tratamiento de
602 l/Seg./día son de 977 m3/mes de lodos húmedos, con una
humedad promedio de 88,5% y una densidad de 1019
Kg/m3.
Sólidos
suspendidos
En la condición de lodos, los sólidos se obtienen de las
purgas frecuentes que se realizan para mantener dentro del
UASB una altura promedio de 1.2 m. Esto garantiza un
contacto aceptable entre la biomasa y el agua residual. El
lodo de exceso producido por un UASB se calcula mediante
el siguiente balance de masas [6]:
B. Purga del lodo
Sólidos
disueltos
Sólidos
totales
20
Los parámetros aproximados que se pueden obtener
después de estos procesos anteriores, se esquematizan en las
siguientes tablas:
Fuente: elaboración propia
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Río Frío por Milagros León Escobar Múnera y otros; CDMB
2005.
TABLA 4.
RESULTADOS PARÁMETROS MICROBIOLÓGICOS
MICROBIOLÓGICOS
Coliformes
Totales
Coliformes
Fecales
(UFC/g)
(UFC/g)
compostada
443
34
Ausente/25g
NTC 5167 de 2004 (UFC/g)
<1000
-
Ausente/25g
-
<1000
Ausencia
PILA
Nueva Norma
Biosólidos
Decreto 1285
del 10 de Julio
2014 (mg/kg)
Limite EPA (UFC/g)
Tipo A
Tipo B
-
*La densidad del lodo seco es de aproximadamente 440
Kg/m3
TABLA 6
METALES PESADOS
NORMA
Decreto 1287 de
2014
Salmonella
<2’000.000
<1000
METALES
Arsénico
(mg As/kg)
MATERIAL
COMPOSTADO TIPO A
TIPO B
20
40
2,42
8
40
176,33
1000
1750
47,82
300
400
1,30
10
20
5,91
18
75
(mg Ni/kg)
33,06
80
420
Selenio (mg
Se/kg)
1,46
36
100
349,06
2000
2800
6,28
Cadmio
(mg Cd/kg)
Cobre
Tipo A
-
<1000
Tipo B
-
<2’000.000
-
(mg Cu/kg)
Plomo
Fuente: elaboración propia
(mg Pb/kg)
Mercurio
Analisis
fertilidad
TABLA 5.
ANÁLISIS DE FERTILIDAD
Lodo
Biosólidos
(mg Hg/kg)
1.5
MESES
DESPUÉS
4.3
12
0.37
18.8:1
Ph
6.3
6.05
MO (%)
38.8
33.0
Nt (%)
1.56
1.6
RELACION
14.4:1
12:1
C/N
P (ppm)
300
364
305
Ca (meq/100g
18.7
19.9
30.7
suelo)
Mg(meq/100g
4.1
3.4
2.6
suelo)
K(meq/100g
0.8
0.18
0.6
suelo)
Al(meq/100g
0
0
0.1
suelo)
SAT AI %
0
0
Cu (ppm)
2.4
1.8
17.7
Zn(ppm)
81.8
136
830
Fe(ppm)
175
16
230
Mn(ppm)
32.5
24.5
59
B(ppm)
2.8
3.1
1.1
Fuente: Caracterización, manejo y tratamiento de los lodos
producidos en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales
Molibdeno
(mg Mo/kg)
Níquel
Zinc
(mg Zn/kg)
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IV. USOS RECOMENDADOS
TABLA 7
VALORES MÁXIMOS PERMISIBLES DE USO Y
CARACTERIZACIÓN DE BIOSÓLIDOS
De acuerdo con los datos de salida de las tablas 4,5 y 6;
y la normatividad vigente, particularmente el Decreto 1287
de 2014 Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio de
Colombia, en su Artículo 8. Alternativas de uso de los
bíosólidos, los biosólidos generados y tratados en PTAR
tipo UASB se pueden destinar al uso como insumo en
procesos de recuperación de suelos agrícolas, en tanto
corresponden a biosólidos de categoría A.
A. Categoría A [5].
a. En zonas verdes tales como cementerios, separadores
viales, campos de golf y lotes vacíos.
b. Como producto para uso en áreas privadas tales como
jardines, antejardines, patios, plantas ornamentales y
arborización.
c. En agricultura.
d. Los mismos usos de la Categoría B.
B. Categoría B.
a. En agricultura, se aplicará al suelo.
b. En plantaciones forestales.
c. En la recuperación, restauración o mejoramiento de suelos
degradados.
d. Como insumo en procesos de elaboración de abonos o
fertilizantes orgánicos o productos acondicionadores para
suelos a través de tratamientos físicos, químicos y biológicos
que modifiquen su calidad original. Los procesos de
elaboración y características de los productos finales y su
uso, queda sujeto a la regulación establecida por el ICA.
Fuente: Decreto 1287 de 2014 Ministerio de Vivienda,
Ciudad y Territorio de Colombia
Al comparar los resultados de las Tablas 4, 5 y 6 con las
condiciones normativas vigentes Tabla 6, es claro que este
material se ubica en los biosólidos categoría A, datos que
validan su utilización en agricultura y en plantaciones
forestales.
e. Para remediación de suelos contaminados, lechos
biológicos para el tratamiento de emisiones y vertimientos,
soporte físico y sustrato biológico en sistemas de ' filtración.
Absorción y adsorción.
f. Como insumo en la fabricación de materiales de
construcción.
g. En la estabilización de taludes de proyectos de la red vial
nacional, red vial. Secundaria o terciaria.
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h. En la operación de rellenos sanitarios tomo: cobertura
diaria, cobertura final de cierre y de clausura de plataformas
y en actividades de revegetalización y paisajismo.
i. Actividades de revegetalización y paisajismo de
escombreras.
j. En procesos de valorización energética.
V. CONCLUSIONES
En Santander el 18% de las tierras presenta una
vocación de uso para plantaciones forestales las cuales
necesitan fertilizantes de bajo costo que incentiven su uso y
aumenten la producción de este sector, que a su vez, se vería
fuertemente favorecido con el uso de biosólidos procedentes
de PTAR para el mejoramiento de los cultivos actuales y la
ampliación a nuevos predios con suelos degradados y con
pocos nutrientes y disminuyendo de esta manera, la
intervención de bosques que actualmente afectan la fauna y
la flora nativa.
23
procedentes de plantas de tratamiento de aguas residuales
domésticas
al ciclo administrativo, que genera una
alternativa económicamente viable para el mejoramiento de
suelos degradados y la potenciación de su uso agrícola.
Las características de biosólidos provenientes de
PTAR tipo UASB entregan al suelo una cantidad de
nutrientes que garantiza el desarrollo de cultivos y disminuye
el costo generado por la aplicación de fertilizantes
convencionales, especialmente en plantaciones forestales y
en la estabilización de taludes en áreas agrícolas de montaña.
Finalmente, el biosólido como material recuperador
de suelos agrícolas presenta características de bajo costo,
fácil manejo, estandarización en sus componentes y
controles efectivos desde su generación.
REFERENCIAS
[1]
[2]
Las plantas de tratamiento en su proceso de
depuración de aguas residuales generan una cantidad
considerable de lodos, formados por el material sólido que
contamina las aguas residuales y por los restos de
microorganismos que intervienen en el tratamiento. Estos
lodos finalmente son retirados y por sus características
especiales en contenidos de nutrientes y carga orgánica, se
convierten en un material apto para la recuperación de suelos
degradados.
Los sistemas de tratamiento de aguas residuales
domésticas tipo UASB, se deben purgar periódicamente para
garantizar su eficiencia, esta purga de lodos constituye los
biosólidos que finalmente son los que se propone utilizar con
fines agrícolas.
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
Los análisis que por norma se deben hacer a los
biosólidos, garantizan concentraciones de metales pesados,
estudios microbiológicos y características de fertilidad
dentro de los establecidos por la norma colombiana,
igualmente su seguimiento contante garantizan un producto
confiable y estandarizado para el uso en plantaciones
forestales y la recuperación de suelos degradados por
actividad agrícola intensiva.
proyecto LADA (Land Degradation Assessment in Drylands)
desarrollado de 2006 a 2010 por la FAO (Food and Agriculture
Oranization) de las Naciones Unidas http://www.fao.org/
UNCCD. 1994. United Nations Convention to Combat Desertification
in Countries Experiencing Serious Drought and/or Desertification,
Particularly in Africa. United Nations, New York, USA. Available at:
http://www.unccd.int/convention/text/convention.php.
Secretaría de Planeación de Santander y Grupo de Investigación sobre
Desarrollo Regional y Ordenamiento Territorial de la Universidad
Industrial de Santander. Santander 2030 Diagnóstico Dimensión
Biofísico-Ambiental Territorial de Santander. Bucaramanga:
Universidad Industrial de Santander, 2011.
Plan Frutícola Nacional Desarrollo de la Fruticultura en Santander
Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural - MADR Gobernación de
Santander Fondo Nacional de Fomento Hortifrutícola - FNFH
Asociación Hortifrutícola de Colombia - Asohofrucol Sociedad de
Agricultores y Ganaderos del Valle del Cauca - SAG
COLOMBIA. Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio .
Decreto 1287 de 2014.
Silva1, Jorge A. Torres Patricia L.1 y Mosquera Jaime R. Evaluación
de la mineralización de biosólidos de plantas de tratamiento de aguas
residuales domésticas. En Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e
Ambiental, v.17, n.4, p.434–442, 2013
Vieira y García. Sewage Treatment by UASB Reactor. Operation
results and recommendations for design and utilization. En Water
Science & Technology Journal. Vol 25 n°7 p.p. 143-157, 1992
También se concluye que el Decreto 1287 de 2014
del Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio de Colombia
es acertado en el sentido que integra los biosólidos
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