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Proyecto END-O-SLUDG -  Boletín informativo nº2 - mayo 2013

Versión original en inglés 

Imagen de cabecera

Bienvenido al segundo boletín del proyecto END-O-SLUDG, un proyecto multimillonario de investigación y desarrollo sobre lodos financiado por la Unión Europea y el sector empresarial

END-O-SLUDG es un proyecto cooperativo de investigación en el que participan 14 socios europeos de los sectores industrial, académico y gubernamental. Juntos, los socios tienen la tarea de identificar y desarrollar soluciones innovadoras de sistemas para el tratamiento de lodos municipales y su gestión en el contexto de las políticas energéticas de la UE y la mitigación del cambio climático.

Este boletín ofrece una actualización de las actividades, avances y progresos que los socios de END-O-SLUDG han realizado desde el último boletín publicado. Esperamos que encuentre los siguientes artículos interesantes y como siempre estaremos encantados de recibir sus comentarios y sugerencias 

El proceso de gestión de lodos de END-O-SLUDG consta de 5 fases:

El diagrama siguiente muestra el concepto del proyecto END-O-SLUDG. Para obtener más información, por favor visite nuestro sitio web:


Etapa 1: reducción de los lodos

Reducir la cantidad de lodo mientras se maximiza la recuperación de recursos

Etapa 2: tratamiento de los lodos

Trabajar para lograr una mayor eficiencia de tratamiento mientras se mejora la calidad del lodo para su reciclaje

Etapa 3: Transformación del producto

Crear productos de valor añadido a partir de lodos

Etapa 4: Condición de fin de residuo

Desarrollar el mercado para nuevos productos abordando aspectos económicos, legales y de características técnicas

Etapa 5: Sostenibilidad

Evaluación de la tecnología abordando riesgos para la salud, impactos económicos y ambientales, etc.

Micro-molienda: La clave para obtener valiosos derivados de lodos

Los científicos de United Utilities han estado utilizando una técnica de micro-molienda para poner a prueba la viabilidad de la producción de derivados comercializables a partir de lodos. El residuo digerido de lodos representa alrededor del 55% del contenido orgánico total de la biomasa y la micro-molienda es un proceso que se puede utilizar para acceder a los productos valiosos contenidos en ella. La comprensión de las características de los diferentes componentes de la biomasa es de vital importancia si se va a llevar a cabo la explotación industrial completa de este recurso.

Imagen de los componentes principales en la estructura celular bacteriana

Componentes principales en la estructura celular bacteriana

La pared celular bacteriana de la biomasa de los lodos no es fácilmente biodegradable, ya que posee una cubierta protectora del contenido intracelular, y la capacidad de romper dicha pared celular para llegar a los materiales protegidos es fundamental en este desafío.

Preparación de lodo mediante micro-molienda con cuentas de óxido de circonio (ZrO2)

Preparación de lodo mediante micro-molienda con cuentas de óxido de circonio (ZrO2)

Recientes trabajos en END-O-SLUDG han demostrado que utilizando el proceso de micro-molienda, es posible romper la pared celular bacteriana para recuperar un producto biopolimérico conocido como Biopol. Biopol es un polielectrolito con muchas propiedades interesantes y aplicaciones potenciales. Los científicos ya han evaluado su uso para la co-precipitación del fosfato de las aguas residuales y han encontrado que es una excelente alternativa para la formación de estruvita como un método para la recuperación de fósforo del licor de lodos. Debido al hecho de que el propio Biopol tiene un contenido significativo de fósforo, el producto de co-precipitación tiene un contenido de P aumentado (24,3%) que se compara favorablemente con la estruvita (26,9%).

Estructura química del coprecipitado de fosfato cálcico con ADN

Estructura química del coprecipitado de fosfato cálcico con ADN

El co-precipitado tiene otra ventaja clave como fertilizante debido a la naturaleza lábil de Biopol que podría dar lugar a una rápida mineralización de los nutrientes, haciéndolos fácilmente disponibles para los cultivos en crecimiento. La producción de Biopol como nuevo derivado de lodos proporcionaría un medio altamente eficaz para la gestión de los lodos; permitiendo orientar un producto rico en fósforo hacia las granjas más deficientes en dicho nutriente, y los lodos deficientes en nutrientes hacia tierras cultivables donde la materia orgánica tiende a ser mínima.

Disolución de Biopol 

Disolución de Biopol

La labor realizada por United Utilities representa un paso importante en el futuro de la gestión sostenible de los lodos. Los residuos de lodos, un recurso sin explotar completamente que o bien se incinera o bien se esparce en la tierra, podrían proporcionar una fuente abundante de materias primas adecuadas para la producción de especialidades químicas y de energía. Aún se requiere trabajo adicional para optimizar el coste de producción del Biopol. Además, otros estudios sobre las propiedades biopoliméricas y nuevas aplicaciones potenciales asegurarán que el recurso pueda explotarse plenamente y que todas nuestras soluciones estén adecuadamente sustentadas sobre una sólida base científica.

Nijhuis obtiene resultados prometedores de la planta piloto de DAF

Nijhuis Water Technology, socio del proyecto, ha continuado su investigación sobre la mejora del proceso primario de tratamiento de aguas residuales con una serie de pruebas en su planta piloto de DAF en una instalación de tratamiento de aguas residuales ubicada en los Países Bajos.

La planta, instalada el año pasado, ha sido diseñada para investigar cómo la aplicación de técnicas como la floculación con un agente químico y la flotación por aire disuelto (DAF) podrían mejorar la reducción del volumen de los lodos generados en el tratamiento primario.

Los procesos de tratamiento de aguas residuales actuales utilizan una serie de tanques de sedimentación para eliminar los sólidos en suspensión totales (SST) de las aguas residuales. Sin embargo, las limitaciones del proceso provocan que sólo alrededor del 65% de los SST se puedan eliminar en esta fase antes de emplear un tratamiento secundario con una intensa demanda energética durante el proceso de fangos activos (ASP). DAF es muy eficiente en la captura de finos sólidos en suspensión y materias coloidales. Mediante la eliminación en la etapa de tratamiento primario de estas fracciones de las aguas residuales, la carga orgánica en el tratamiento secundario (ASP) se puede reducir hasta en un 50% dependiendo de la composición de dichas aguas residuales.

Los resultados de los ensayos han mostrado que se pueden alcanzar mejoras significativas en el rendimiento de la remoción de sólidos mediante la combinación de una etapa de sedimentación primaria tradicional con un sistema de floculación/flotación:

  • La eliminación del 25-66% de Sólidos Suspendidos Totales (SST) lograda mediante una sedimentación primaria tradicional se incrementa hasta un 95-100% cuando se combina con un sistema de floculación/flotación.
  • La eliminación de la demanda química de oxígeno (DQO) mediante una sedimentación primaria tradicional (6-53%) se incrementa hasta el 39-79% cuando se combina con un sistema de floculación/flotación.
  • Además, también se logró una mejora en la eliminación de fósforo total, pasando del 7-15% conseguido mediante una sedimentación primaria tradicional hasta más del 70% cuando se combina con un sistema de floculación/flotación. 

Representación esquemática de la combinación de una sedimentación primaria y un sistema de floculación/flotación, seguido de un reactor biológico aireado

Representación esquemática de la combinación de una sedimentación primaria y un sistema de floculación/flotación, seguido de un reactor biológico aireado

Uniovi da pasos prometedores para reducir el período de digestión del licor de lodos

La Universidad de Oviedo, uno de los socios españoles de END-O-SLUDG, ha logrado avances significativos en el tratamiento del licor producido durante el pre-tratamiento de los lodos. Se han llevado a cabo una serie de experimentos para identificar los tiempos de retención hidráulica óptimos (TRH) necesarios para la producción de biogás. Los licores utilizados para los ensayos se obtuvieron de dos plantas distintas de tratamiento de aguas residuales.

El licor de lodos de la planta que no tenía tratamiento primario dio un rendimiento de metano de 0,32 m3 CH4/kg VS cuando se con un TRH de 1 día (régimen de carga orgánica = 18,5 kg COD total/m3 y día), logrando un 70% de eliminación de COD total. En los ensayos de co-digestión con glicerina cruda (subproducto de la fabricación de biodiesel) el TRH óptimo fue de 2 días (régimen de carga orgánica = 13,7 kg COD total/m3 y día). La producción de metano en este caso fue de 0,67 m3 CH4/kg VS con un 89% de eliminación de COD total.

El licor segunda planta de tratamiento de aguas residuales procedente de lodos mezclados requirió un TRH de 2 días, independientemente del empleo o no de glicerina. La producción específica de metano fue sin embargo más alta cuando no se utilizó glicerina (0,61 m3 CH4/kg VS frente a 0,30 m3 CH4/kg VS).

La labor realizada por Uniovi muestra un TRH más corto (1 día) cuando se digiere licor de la planta de tratamiento de aguas residuales sin tratamiento primario. La co-digestión de glicerina sin embargo no produjo resultados consistentes lo que sugiere que la composición de la materia prima tiene una fuerte influencia en el proceso metabólico del lodo anaeróbico. Se  llevarán a cabo trabajos adicionales con diferentes licores de lodo (lodo primario y secundario) con el fin de comprender mejor este comportamiento.

Cámaras de digestión usadas para ensayar los tiempos de retención hidráulica óptimos (TRH)

Cámaras de digestión usadas para ensayar los tiempos de retención hidráulica óptimos (TRH)

Se pone en marcha la producción de OMF

Desde el último boletín, United Utilities, Waterleau y Valsave (socios de END-O-SLUDG) han avanzado con la fabricación del producto fertilizante órgano-mineral (OMF). Esta es una etapa importante en el proyecto ya que se requiere la fabricación de OMF tanto para los ensayos a escala de granja como para su uso en la obtención de la condición de fin de residuo para los OMF.

Basada en la planta PUTTART ubicada en Polonia de Waterleau, la planta piloto conocida como Lilliput se ha reducido considerablemente para la producción OMF en Ellesmere Port. El trabajo se centró en la producción de biogránulos de alta calidad que puedan soportar los rigores del equipamiento existente de aplicación agrícola. La planta piloto combina la tecnología de Waterleau para granulación lodos con la tecnología de Valsave para deshidratación. Los resultados iniciales mostraron que la tecnología era intrínsecamente segura y capaz de producir gránulos con buena esfericidad y sólidos secos consistentes.

Se encontró un serio desafío relacionado con el tamaño de los biogránulos producidos por la planta Lilliput. La distribución de tamaños y la resistencia al aplastamiento del producto obtenido mediante la planta Lilliput fueron significativamente diferentes en comparación con los valores del producto obtenido con PUTTART. Se encontró que el producto Lilliput era desfavorable para su uso con los equipos agrícolas estándar de dispersión. Los OMF están pensados como sustitutos directos de los fertilizantes químicos y por lo tanto su capacidad de ser utilizados con equipos estándar es fundamental para el éxito del producto.

Se continúa con el trabajo de desarrollo del proceso de fabricación de gránulos de OMF mediante un molino piloto de United Utilities - aunque a una escala más pequeña. Se ha producido cantidad suficiente de gránulos húmedos para su uso con la unidad de deshidratación de Valsave para lograr un proceso de producción sostenible de bajo coste. Los ensayos con este equipo ya están en marcha, y los resultados preliminares son prometedores. Los resultados detallados se presentarán en el próximo boletín.

Granulador piloto de U.U.

Granulador piloto de U.U.

Bolitas de OMF antes de la deshidratación 

Bolitas de OMF antes de la deshidratación

Unidad de deshidratación

Unidad de deshidratación

Uniovi evalúa la hidrólisis de lodos mediante ultrasonidos

Los ultrasonidos se han aplicado a diferentes muestras de lodos (primarios, secundarios, y mezcla) con el fin de estudiar la solubilización de los sustratos. La DQO soluble y el nitrógeno amoniacal se han empleado para poner a prueba la respuesta a los ultrasonidos. La caracterización química se llevó a cabo en una etapa inicial (lodos sin tratar), justo después del pre-tratamiento, y tras 24 horas de fermentación adicional a 37ºC. Se aplicaron a las muestras cinco niveles de energía que fueron monitorizados: 3.500, 7.000, 10.500, 14.000 y 21.000 kJ/kg TS. Los principales resultados pueden resumirse de la siguiente manera:

  • Como regla general, cuanto mayor es la energía aplicada, mayor es el efecto de la hidrólisis.
  • Después de la fermentación se observan a veces reducciones de la DQO soluble y del nitrógeno amoniacal que pueden explicarse por la eliminación de compuestos orgánicos y del amoniaco.
  • Los efectos de la temperatura tuvieron mucha más influencia que los ultrasonidos en el aumento del N-NH4+.
  • Se obtuvo mucha mayor solubilización de la materia orgánica en la aplicación de ultrasonidos a los lodos secundarios. Insumos de energía de 7000 kJ/kg TS lograron aumentos de hasta 342 veces en la DQO soluble.
  • Una tasa de solubilización más alta no significa siempre una mayor biodegradación.

Equipo de ultrasonidos

Equipo de ultrasonidos

Para ver el informe publicado sobre este trabajo visite: L. Negral, et al., Short term evolution of soluble COD and ammonium in pre-treated sewage sludge by ultrasound and inverted phase fermentation, Chem. Eng. Process. (2013). [Más información]

Cranfield se encarga del rebrote de E.coli

El rebrote de E. coli en la torta de lodo digerido es un tema que afecta a toda la industria de aguas residuales. Aunque los procesos actuales de tratamiento de lodos de aguas residuales son ciertamente capaces de reducir significativamente el número de micro-organismos nocivos hasta niveles aceptables, se ha encontrado que el microorganismo indicador E. coli es capaz de rebrotar todavía después de que el lodo ha sido tratado y deshidratado. Se necesitan con urgencia soluciones efectivas a este fenómeno para mantener la confianza de los agentes interesados en la calidad del producto final que se va a destinar a reciclaje agrícola.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Cranfield y de United Utilities ha estado investigando nuevas formas de abordar el rebrote de E. coli mediante la aplicación de un novedoso tratamiento que utiliza cultivos probióticos para combatir el fenómeno. El primer paso para el equipo era recrear el fenómeno del rebrote de E. coli en condiciones controladas de laboratorio. Una vez logrado esto con éxito, el equipo se encargó de la identificación de cultivos probióticos adecuados para ensayar. Estos probióticos son bacterias "amigas" capaces de crecer en productos de lodos y de ralentizar el crecimiento de E. coli, tanto compitiendo por el suministro de alimento como mediante la producción antibióticos. Estas bacterias “amistosas” son naturales e inofensivas para los seres humanos, y mueren por si mismas finalmente cuando agotan los nutrientes de los lodos. Este enfoque es similar a la idea de consumir los llamados cultivos "probióticos" o "en vivo" de productos lácteos fermentados como el yogur para promover un sistema digestivo saludable. Los experimentos iniciales han demostrado un efecto de competencia que puede ser observado en el laboratorio. En la imagen inferior, la placa de la izquierda es un cultivo de E. coli sin competencia. En las placas del centro y de la derecha se han añadido bacterias competidoras de la E. coli. Hay un menor número de puntos verdes (colonias) en las placas con bacterias “amistosas” añadidas, lo que indica que el crecimiento de E. coli ha sido afectado por estos competidores. Se sigue trabajando para encontrar la manera más eficaz de maximizar el efecto de la competencia antes de llevar a cabo pruebas en un sistema a gran escala.

Experimentos con probióticos

Experimentos con probióticos

Se ha publicado el primer artículo científico sobre el uso de OMF para la producción de cultivos

Académicos de Harper Adams y Cranfield han publicado en Agronomy for Sustainable Development (4ª revista más importante en agronomía) el primer artículo revisado por expertos sobre el impacto de la aplicación OMF en la respuesta del cultivo en ensayos de campo llevados a cabo desde 2008 en Broxton, Cheshire, Reino Unido. Los cultivos de los ensayos incluyeron trigo, colza, cebada, habas y maíz forrajero, que fueron tratados con fertilizantes convencionales y con OMF preparado a partir de bio-gránulos y nutrientes. Los resultados muestran que no hubo diferencias significativas en el rendimiento de los cultivos entre los tratamientos durante los tres años del ensayo. Además, los niveles de metales pesados en los suelos no excedieron los niveles permisibles. Esta investigación es importante ya que es la primera prueba de campo a gran escala de un producto de lodos de depuradora mejorado en nutrientes que tiene el potencial de transformar un producto, hasta ahora de desecho, en un práctico fertilizante. El hallazgo demuestra que el nuevo producto OMF es tan eficiente como los fertilizantes convencionales. Es un producto alternativo prometedor para la agricultura sostenible en Europa.

Rendimiento medio del cultivo empleando fertilizante convencional (azul) comparado con el uso de fertilizante OMF (amarillo), durante el periodo 2008-2011. Maíz forrajero, colza, trigo, habas y cebada.

Rendimiento medio del cultivo empleando fertilizante convencional (azul) comparado con el uso de fertilizante OMF (amarillo), durante el periodo 2008-2011. Maíz forrajero, colza, trigo, habas y cebada.

Comparación de parcelas de maíz a las que se ha aplicado fertilizante órgano mineral OMF (izquierda) y convencional (derecha).
Comparación de parcelas de maíz a las que se ha aplicado fertilizante órgano mineral OMF (izquierda) y convencional (derecha).

Las parcelas de maíz con OMF parecen más exuberantes y verdes comparadas con las de fertilizante convencional

Para ver el informe publicado sobre este trabajo visite: Deeks et al, A new sludge-derived organo-mineral fertilizer gives similar crop yields as conventional fertilizers, Agronomy Sustainable Development. (2013). [Más información].

Encuentre al equipo

En lo que resta de 2013, el equipo de END-O-SLUDG ha confirmado su presencia en los siguientes espacios expositivos:

  • Gdanska Water Foundation - Fertilising and Energy Potential of Sewage Sludge. Fecha: del 11 al 13 de junio de 2013, Polonia.
  • National Institute Agricultural Botany -The Arable Group (NIAB-TAG) Innovation Farm -Growing more with less. Fecha: 12 de julio de 2013, Reino Unido
  • 18th European Biosolids & Organic Resources. Fecha: del 9 al 20 de noviembre de 2013, Manchester, Reino Unido

El equipo de END-O-SLUDG también presentará los resultados finales del proyecto en una serie de conferencias y exposiciones internacionales. Los detalles de estos están aún pendientes de confirmar. Por favor, visite nuestro sitio web para más información en los próximos meses. 

Contacto

Coordinador del proyecto:

Dr. Son Le, MBE, Technology Development Manager
Tel: 01925 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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