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Proyecto END-O-SLUDG -  Boletín informativo nº3 - enero 2014

Versión original en inglés 

Imagen de cabecera

Bienvenido al último boletín de END-O-SLUDG, un proyecto millonario de I+D sobre lodos financiado por la UE y el sector empresarial

El proyecto END-O-SLUDG que se desarrolló entre enero de 2011 y diciembre de 2013 fue una colaboración que involucró a 14 socios europeos procedentes de organizaciones industriales, académicas y gubernamentales. Juntos, los socios se encargaron de identificar y desarrollar soluciones innovadoras para el tratamiento y la gestión de lodos con cuatro objetivos específicos: 

  1. Reducir el volumen producido de lodos de depuradora
  2. Mejorar el tratamiento de los lodos de depuradora
  3. Desarrollar una cartera de derivados de lodos de alta calidad
  4. Mejorar la eficiencia energética del tratamiento de aguas residuales y lodos

Este boletín final proporciona un resumen de algunas de las principales conclusiones y logros alcanzados por el equipo de END-O-SLUDG. Esperamos que encuentre interesantes los siguientes artículos. Puede visitar www.end-o-sludg.eu para obtener más información acerca de los resultados del proyecto, videos, informes y publicaciones.  

Reducción de la carga y volumen de lodos con i-DAF

Nijhuis Water Technology BV han finalizado su investigación sobre la mejora de los procesos de tratamiento de aguas residuales mediante la novedosa técnica de Flotación Inteligente por Aire Disuelto (i-DAF). i-DAF tiene el potencial de mejorar la reducción del volumen de lodos en el tratamiento primario aprovechando la tendencia de ciertos materiales a unirse a las burbujas de aire cuando se inyecta un flujo de microburbujas en las aguas residuales. La coagulación y floculación seguidas de una eliminación superior con i-DAF ofrecen la posibilidad de eliminar más del 99% de uno de los componentes clave de los lodos, los sólidos en suspensión totales (SST), en comparación con la reducción habitual del 40% que se alcanza con el método tradicional mediante sedimentación primaria (figura 1).

Figura 1.- La mejora de la eliminación de los SST en el tratamiento primario de aguas residuales reduce el consumo de energía y la generación del exceso de fangos en el tratamiento secundario

Figura 1.- La mejora de la eliminación de los SST en el tratamiento primario de aguas residuales reduce el consumo de energía y la generación del exceso de fangos en el tratamiento secundario

El ensayo a escala piloto de una planta de i-DAF en los Países Bajos ha demostrado que la combinación de i-DAF y la sedimentación primaria logra generalmente la eliminación de más del 99% de los SST. La mejora en la eliminación de SST se tradujo en una reducción del 59% de la carga orgánica enviada al proceso posterior de lodos activados así como una reducción en la demanda de energía. El proceso de fangos activos es una etapa secundaria frecuente en el tratamiento de aguas residuales. De manera significativa, la reducción de la carga orgánica se traduce también en una reducción de la producción de fangos en exceso difíciles de digerir, lo que se traduce en una reducción global del volumen de los lodos de al menos un 25%.

Mejora del tratamiento de lodos de depuradora

Los costes económico y ambiental del tratamiento y disposición de los lodos son significativos. Los socios de END-O-SLUDG han investigado mejoras en el tratamiento de lodos y el desarrollo de productos para su uso agrario. En particular, los socios se han centrado en técnicas físicas de refuerzo de la hidrólisis enzimática para mejorar la producción de biogás y en técnicas probióticas para prevenir la reaparición de E. coli en la torta de lodo digerido. Las técnicas probadas incluyen: 

  • Fermentación en fase inversa
  • Intensificación de la digestión 
  • Exclusión competitiva

Las conclusiones principales en esta materia se detallan a continuación. Visite nuestro sitio web para obtener información más detallada de los resultados.

Incremento de la producción de biogás mediante intensificación de la digestión

Investigadores de UNIOVI y de United Utilities han probado nuevos procesos que tienen la capacidad de aumentar la producción de biogás durante el tratamiento de lodos. Durante dicho tratamiento, la energía contenida en el lodo se recupera por lo general en forma de biogás que luego se puede utilizar para la producción de calor y electricidad. Mientras que los métodos tradicionales de tratamiento sólo liberan el 45% del los potencial de biogás disponible, los socios de END-O-SLUDG han introducido tratamientos mejorados que tienen el potencial de producir mayores niveles de biogás. Mediante el uso de la fermentación de fase inversa los lodos acuosos podrían separarse en una fracción sólida y un licor (figura 2) que podrían convertirse luego en biogás en digestores más pequeños y eficientes, reduciendo consecuente y considerablemente la inversión de capital. Por ejemplo, el tiempo de retención del licor en el digestor se redujo a 3-1 días logrando rendimientos de producción de biogás de hasta 3,3 m3/m3 digestor.día. Además, se ha demostrado que la fracción sólida digerida podría tratarse mediante molienda fina para romper más aún la matriz de lodos liberando más de biogás durante una digestión secundaria que permite alcanzar globalmente un 75% de conversión de la materia orgánica en energía.

Figura 2.- Fermentación en fase inversa

Figura 2.- Fermentación en fase inversa

BIOPOL y BioPHOS, el valor de los lodos

Los científicos de United Utilities han obtenido con éxito un producto biopolimérico a partir de lodos digeridos. Conocido como BIOPOL (figura 3), el producto representa un enorme recurso sin explotar que se encuentra en las aguas residuales de todas las economías desarrolladas. La mayoría de las bacterias son Gram-negativas y éstas representan más del 90% de las cepas baterianas en los lodos activados. Tienen una pared celular relativamente delgada que consiste en unas pocas capas de peptidoglicano que constituye aproximadamente el 10% de la biomasa. El peptidoglicano es un biopolímero único que contiene aminoácidos D y L. Su estructura básica es un esqueleto de hidratos de carbono en el que se alternan unidades de N-acetil glucosamina y de ácido N-acetil murámico. Por otro lado, el ADN y ARN que componen el contenido intracelular suponen alrededor del 23% de la materia seca de una célula bacteriana, y eso representa el 18% de la biomasa digerida. Tanto el ADN como el ARN se componen de unidades de nucleótidos que se repiten. Cada nucleótido consiste en un azúcar, un grupo fosfato y una base de ácido nucleico. Las bases son hidrófobas y relativamente insolubles en agua al pH casi neutro de la célula. A pH ácido o alcalino se cargan y aumenta su solubilidad en agua.

Figura 3.- Muestra de BIOPOL sobre un filtro y el filtrado

Figura 3.- Muestra de BIOPOL sobre un filtro y el filtrado

Se ha descubierto que BIOPOL podría proporcionar una excelente alternativa a la formación de estruvita como método de co-precipitación para la recuperación de fósforo a partir del licor de lodos (figura 4). BIOPOL tiene una capacidad de carga estimada de 41 mg P/g (4,1% p/p) y una cinética muy rápida. Como el propio BIOPOL tiene un contenido significativo de fósforo (6,5% de P en base seca), el complejo resultante, BioPHOS, tiene un contenido de P aún mayor (24,3% de P2O5) que se compara favorablemente con estruvita (26,9%  P2O5). La ventaja de BioPHOS como fertilizante es la naturaleza lábil de los ácidos nucleicos que llevaría a una rápida mineralización de los nutrientes, haciéndolos fácilmente disponibles para los cultivos en crecimiento.

Figura 4.- Efecto del pH en la capacidad de BIOPOL para fijar fósforo

Figura 4.- Efecto del pH en la capacidad de BIOPOL para fijar fósforo

El BIOPOL, un nuevo derivado obtenido a partir de lodos, tiene el potencial de convertirse en un producto comercializable de alto valor. BioPHOS tiene la capacidad de proporcionar un medio muy eficaz para la gestión de los lodos, al permitir orientar un producto rico en fósforo hacia las granjas más deficientes en este nutriente, mientras que los biosólidos residuales (una torta con bajo contenido  en P) podrían reciclarse en las tierras de cultivo donde la materia orgánica tienda a reducirse.

Agricultura

El reciclaje agrícola es una opción importante de gestión de lodos en toda Europa que, adecuadamente regulada, apoya la Comisión Europea. Los lodos de depuradora están reconocidos como una valiosa fuente de materia orgánica y nutrientes como el nitrógeno (N), fósforo (P) y potasio (K). Sin embargo, los problemas asociados a su manipulación, transporte, almacenamiento y esparcimiento pueden limitar su uso. END-O-SLUDG abordó estos retos mediante el desarrollo de la tecnología necesaria para convertir la torta de lodo tratado en un fertilizante órgano-mineral (OMF) equilibrado en nutrientes.

Las conclusiones principales en esta materia se detallan a continuación. Visite nuestro sitio web para obtener información más detallada de los resultados.

OMF como nuevo derivado de lodos para la condición de fin de residuo

Los socios de END-O-SLUDG han trabajado juntos con éxito para realizar las pruebas necesarias para demostrar que el fertilizante organo-mineral (OMF) podría sustituir los productos fertilizantes comunes en la producción agrícola. La demanda del mercado para este nuevo fertilizante depende de convencer a los agricultores que su comportamiento agronómico es similar a otros fertilizantes y que se puede utilizar con confianza en lo que respecta a la seguridad alimentaria e impacto ambiental. El mayor desafío para los socios ha sido diseñar, construir y probar el proceso de fabricación para lograr un pliego de especificaciones muy exigente que incluye muchos parámetros físicos, químicos y biológicos. El nuevo proceso (figura 5) hace uso de la cogeneración y otras fuentes de calor residual para producir un producto granulado y suelto, libre de polvo, con un contenido garantizado de nutrientes.

 

Figura 5.- El sistema de producción de OMF debe demostrar que se puede suministrar un producto consistente con la especificación

Figura 5.- El sistema de producción de OMF debe demostrar que se puede suministrar un producto consistente con la especificación

Las pruebas realizadas por la Universidad Harper Adams mostraron que el prototipo de producto OMF podría aplicarse con precisión con esparcidoras de fertilizante de doble disco giratorio hasta una anchura de 24 metros, lo que constituye un rendimiento apropiado y un logro significativo para el equipo de END-O-SLUDG. En los ensayos de cultivo (figura 6) el producto OMF dio rendimientos similares a los fertilizantes convencionales cuando se aplicó a los cultivos de cereales y pastizales. La aplicación de OMF en el mismo suelo durante 5 años ha tenido muy poco efecto sobre el nivel de PTEs (elementos potencialmente tóxicos, también conocidos como metales pesados) y no afectó al número de lombrices, lo que sugiere  que no produce ningún impacto ambiental adverso. La Universidad de Cranfield también llevó a cabo ensayos con OMF en parcelas de trigo y hierba y no encontraron diferencias significativas en el rendimiento en comparación con el empleo de urea. Además los investigadores de la Universidad de Cranfield no detectaron  acumulación significativa de metales pesados en los suelos donde se aplicó OMF. Esto proporciona cierta garantía en cuanto a la aplicación de OMF al suelo y coincide con el trabajo llevado a cabo en la Universidad Harper Adams. Los datos de mercado y las prestaciones técnicas junto con los datos de seguridad del producto y los resultados medioambientales comienzan a constituir un conjunto importante de evidencias que se deben presentar a los legisladores para apoyar la consideración de Fin-de-residuo para el OMF como nuevo derivado de lodos.

Figura 6.- Pruebas del producto OMF a escala de granja han demostrado su eficacia en un sistema común de producción de cultivos sin daños al ecosistema

Figura 6.- Pruebas del producto OMF a escala de granja han demostrado su eficacia en un sistema común de producción de cultivos sin daños al ecosistema

Nuevas herramientas de sostenibilidad para la planificación de la gestión de lodos

El tratamiento seguro de las aguas residuales es uno de los desafíos esenciales de la sociedad. El tratamiento de aguas residuales genera lodos de depuradora, cuyo tratamiento está todavía lejos de ser eficiente porque consume energía intensivamente lo que contribuye a las emisiones de gases de efecto invernadero. El impacto de los sistemas de gestión de lodos debe abordarse cuidadosamente en el contexto  de las políticas de la UE sobre energía, mitigación del cambio climático y  eficiencia de recursos.

Con esto en mente, los socios del proyecto END-O-SLUDG adoptaron un enfoque holístico para desarrollar un conjunto de procesos mejorados e integrados, tecnología y una gama de herramientas y métodos de sostenibilidad para comparar una serie de escenarios y opciones de gestión de lodos en Europa. Utilizando los resultados extraídos de END-O-SLUDG, la Universidad de Cranfield desarrolló una serie de herramientas de sostenibilidad y métodos para comparar una serie de escenarios y opciones para la gestión de los lodos a través de Europa. En un estudio comparativo, los científicos de la Universidad de Cranfield mostraron que bajo ciertos escenarios los OMF tienen un gran potencial como opción sostenible de gestión de lodos, con mejores beneficios socioeconómicos y ambientales.

Caso de estudio: Plan para la gestión de lodos en Asturias con un horizonte de 25 años

Los socios de END-O-SLUDG completaron su trabajo en COGERSA con la producción de un plan de gestión de lodos a largo plazo para la Comunidad Autónoma del Principado de Asturias. El plan de gestión, desarrollado mediante metodologías y lecciones aprendidas de END-O-SLUDG, propone como las prácticas actuales de gestión de lodos en Asturias podrían avanzar del vertido hacia una solución más sostenible. Asturias produce actualmente alrededor de 66.000 t/año de lodos de depuradora. De este total, un 74% aproximadamente se elimina en vertedero, mientras que el 26% restante se recupera mediante compostaje. Las restricciones actuales debidas a la normativa y a las características topográficas y socioeconómicas de Asturias dificultan su reciclaje local para uso agrario. Teniendo en cuenta las previsiones de crecimiento de la producción de lodos de depuradora, cuyo volumen de espera que aumente significativamente en los próximos años, Asturias necesita adoptar un enfoque más sostenible para la gestión de sus lodos. El equipo de COGERSA elaboró un plan a corto, medio y largo plazo (hasta 25 años) para Asturias, que recomienda en el corto plazo la introducción de tecnologías como el compostaje, el secado de lodos y la digestión anaerobia, así como tecnologías desarrolladas en END-O-SLUDG para integrarse como parte de una estrategia a más largo plazo.

Figura 7.- Situación actual de Asturias (año 2012)

Figura 7.- Situación actual de Asturias (año 2012)

Figura 8.- Plan de gestión de lodos a largo plazo, propuesto en END-O-SLUDG

Figura 8.- Plan de gestión de lodos a largo plazo, propuesto en END-O-SLUDG

 Una visión holística y sostenible de la gestión de lodos

Aunque la mayoría de las tecnologías investigadas en END-O-SLUDG se han probado con éxito a escala de laboratorio y algunas se han demostrado incluso a escala piloto, sin embargo, hay trabajo que queda por hacer para eliminar cualquier riesgo técnico y comercial residual en una demostración a gran escala antes de que las tecnologías puedan ser desplegadas. Sin embargo, una visión de una gestión  de lodos sostenible y holística parece estar al alcance (figura 9). Con la perspectiva de reducción del volumen de lodos destinados a eliminación, el impacto de END-O-SLUDG en la economía de la UE se espera que sea muy significativo con el aumento de la producción de energía y un conjunto comercializable de derivados de lodos. 

Figura 9.- Visión holñistica de un sistema para la gestión sostenible de lodos

Figura 9.- Visión holística de un sistema para la gestión sostenible de lodos

El sitio web de END-O-SLUDG ha sido actualizado 

Con motivo de la finalización de END-O-SLUDG, su sitio web ha sido actualizado para albergar a disposición pública toda la información del proyecto, incluyendo informes, trabajos de investigación, presentaciones en congresos y videos. Para ver la página web del proyecto visite www.end-o-sludg.eu 

Figura 10.- Sitio web de END-O-SLUDG

Figura 10.- Sitio web de END-O-SLUDG

Contacto

Coordinador del proyecto:

Prof. Son Le, MBE, Technology Development Manager
Tel: +44 1925 677 375
e-mail: ms.lee@uuplc.co.uk 
www.end-o-sludg.eu

 

Faldon del boletín. Logos. 7º Programa Marco


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