Valorización de lodos procedentes de plantas de tratamiento de agua potable como nutriente tecnológico

El tratamiento de aguas para consumo humano requiere de distintas fases que van desde el pretratamiento hasta la desinfección final de dichas aguas, de tal manera que se van eliminando las sustancias nocivas que el agua bruta lleva en suspensión, debido a que el agua bruta destinada al consumo humano se toma, mayoritariamente, de los embalses o de los ríos, por lo que las bombas de aspiración incorporan gran cantidad de tierra y barro del lecho del río. Una de estas etapas es la decantación, mediante floculación de dichas partículas bastas o gruesas, y con ellos, el agente coagulante – floculante, en este caso almidones modificados.

Desde la aparición del RD 140/2003, de 7 de febrero, donde se establecen los criterios sanitarios de la calidad del agua de consumo humano, y la Orden SCO/3719/2005, de 21 de noviembre (ya derogada), donde se regulaban las sustancias para el tratamiento de agua destinada a la producción de agua de consumo humano, se dejaron de usar los polímeros orgánicos de síntesis a base de las poliacrilamidas debido a que las dosis permitidas eran demasiado bajas para conseguir resultados eficaces en las Estaciones de Tratamiento de Agua Potable (ETAP's) mediante procesos físico-químicos habituales. El problema radicó en que se desconocía el nivel de migración de los polímeros al agua, de tal manera que al no tener la certeza de si producían reacción con el agua, se prohibió el uso de dichas poliacrilamidas, y en su lugar se emplean almidones modificados, como establece la Orden SSI/304/2013, de 19 de febrero, en su anexo I.

El coagulante más utilizado es el sulfato de aluminio multihidratado, que se disocia en agua y sufre una serie de reacciones con los iones alcalinos presentes en el agua, formando iones complejos que pueden ser adsorbidos por las partículas coloidales suspendidas en el agua produciendo la desestabilización de las cargas y favoreciendo la sedimentación, y también usamos los coadyuvantes de coagulación, como por ejemplo los derivados del almidón.

La potabilización de aguas superficiales por medio de tratamientos físico-químicos genera un volumen de fango aproximadamente del 15% del volumen de agua tratada. En el caso de España, se generan 120.000 tn de lodo/año en más de 200 ETAP's, que producen 1,35 x109 m³/año de agua potable.

Embalse de Aguascebas en Villacarrillo (Jaén). Fotografía del autor.

La descarga de residuos de la ETAP en las corrientes naturales de agua puede plantear problemas importantes, puesto que en estas instalaciones solo se gestionaba la producción de agua potable durante 24 horas, sin preocuparnos en exceso de los lodos que se generan tanto en la decantación comentada como en el lavado de filtros, pudiendo ocasionarse los denominados depósitos o ‘bancos de fangos’. Según la naturaleza de la fracción sólida, que es básicamente inorgánica, se debe usar el sustantivo lodo en lugar del sustantivo fango, por lo que estaríamos ante depósitos de lodos o ‘bancos de lodos’.

Como nos dice el documento ‘Hacia una Economía Circular: un programa de cero residuos para Europa’, respecto al diseño y a la innovación en cuanto a alcanzar el paradigma de la Economía Circular, como aquella ciencia social que se preocupa de los recursos actuales sin provocar externalidades negativas y valora el residuo como un nuevo recurso, como un nutriente tecnológico que reduce la cantidad de materiales necesarios para la prestación de un servicio y que provoca el alargamiento de la vida útil de los productos (durabilidad), y en nuestro caso, los lodos generados son una externalidad negativa hacia el medio ambiente, y a la vez una potencialidad que podemos aprovechar, quizás con la instalación de una planta de tratamiento de fangos del agua potable, no muy complejas en su proceso.

Estos lodos que se generan en la etapa de decantación se vierten al cauce receptor de tal manera que se podría aprovechar dicho efluente para recuperar una fracción del polímero usado (almidón) usado en dicho tratamiento de agua para consumo humano, debido a que el almidón industrial procede fundamentalmente de la yuca y del maíz y como material complejo y valioso, depende del suministro de estos cereales, por su competencia con el maíz para alimento de animales y componentes alimenticios, sobre todo en países en vías de desarrollo.

La producción mundial de yuca en 2017 se previó en unos 278 millones de toneladas, más o menos la misma cantidad respecto al 2016, aunque debería de recuperar su posición como uno de los cultivos alimentarios que crecen más rápidamente. Se prevé una ligera contracción del mercado internacional en el 2017, debido a cambios de políticas, precios bajos de las raíces y condiciones meteorológicas adversas de los principales países productores (Tailandia es el principal exportador) ha reducido las siembras y por lo tanto la producción. En cuanto a los cereales secundarios (entre ellos el maíz) la previsión para 2017/2018 era de unos 1350 millones de toneladas, un valor sin procedentes por las cosechas excepcionales en EE UU, sin embargo, las existencias mundiales podrían disminuir por descensos en China, Brasil y Sudáfrica. Las disponibilidades para la exportación probablemente ejerzan presiones a la baja sobre los precios internacionales.

El primer paso para la valorización de los lodos generados, sería la caracterización de los mismos, para lo cual podríamos usar algunas normas, como:

• UNE-EN 14701-4. Caracterización de lodos. Propiedades de filtración. Parte 4: Determinación de la capacidad de drenaje de lodos floculados.
• UNE-EN 14701-2:2013. Caracterización de lodos. Propiedades de filtración. Determinación de la resistencia específica a la filtración.
• UNE-EN 14702-2:2007. Caracterización de lodos. Propiedades de sedimentación. Determinación de la aptitud para el espesado.
• UNE-CEN/TR 15473:2008-IN. Caracterización de lodos. Buenas prácticas para el secado de lodos.

Estas normas nos indican que las etapas del tratamiento de los lodos serían las siguientes:

• Mezcla de distintos lodos, procedentes de decantación mediante purga y de filtrado
• Espesamiento de lodos poco concentrados (hidróxido de aluminio como un componente principal), que va desde 0,2 g/l a 0,5 g/l de materia seca, de filtrado o de decantación, respectivamente. Puede ser por gravedad o flotación.
• Deshidratación, para conseguir valores de un 20% de sequedad de la materia, se somete a filtración o centrifugación, con la adición de reactivos, como cal.

Generalmente estos lodos deshidratados se han enviado a vertedero, aunque debido a sus propiedades inertes, y no tóxicas, se podría usar en rellenos de terrenos y canteras ya explotadas, o compostaje junto a fangos procedentes de depuración de aguas residuales, aunque el mayor coste de los lodos es la retirada y vertido.

En función de la calidad de los parajes atravesados por la corriente de agua, el lodo deshidratado podría emplearse como aditivo en la industria cerámica. En el sector de la construcción el lodo puede ser aprovechado en la fabricación de cementos Portland y clínker, y en la producción de ladrillos cerámicos, como reemplazo parcial de uno de los materiales, que provoca reducción de la contaminación hídrica, menor gasto de energía, menor uso de utilización de recursos naturales, aumentando la vida útil de las canteras.

Debido a la gran cantidad de lodos generados cada día en las plantas de tratamiento de aguas residuales, éstos se pueden usar previa deshidratación y sometidos a procesos de cocido, y las cenizas generadas en la combustión de dichos lodos de aguas residuales se pueden usar con distintos aditivos, después del tratamiento térmico, en diferentes productos cerámicos.

Respecto al agua clarificada resultante del tratamiento de fangos se puede recuperar y ser enviada al tratamiento en la ETAP o bien usarse con otros fines o aprovechamientos.

Como hemos visto en el apartado anterior, en cada una de las experiencias comentadas, seguimos fomentado la cultura de la Economía Circular, como ahorro de agua, ahorro de materias primas, de energía, minimización el impacto ambiental de nuestros procesos, recuperación de fracciones de materiales que pueden estar muy comprometidos en el futuro (como el almidón) o que su demanda influya en su precio de mercado, como nos dice Antoine Frérot en el boletín de la Robert Schuman Foundation, y que transcribo literalmente: “Frente al agotamiento gradual de los recursos vitales para el funcionamiento de las economías modernas, la Economía Circular ofrece soluciones pragmáticas y eficaces. Al cerrar los ciclos de la materia, el agua y la energía, esta economía hace posible que la economía crezca, al tiempo que permite reducir las extracciones del medio natural”. Por lo tanto, una vez analizados y caracterizados los lodos, se estudiará el mejor uso que se pueda hacer de ellos según los argumentos explicados y en función de las necesidades del lugar donde se generen dichos lodos.

Referencias

• Comunicación de la Comisión al Parlamento Europeo, al Consejo, al Comité Económico y Social Europeo y al Comité de las Regiones. 2014. Hacia una Economía Circular: Un programa de cero residuos para Europa.
• FAO. Naciones Unidas. 2017. Perspectivas alimentarias. Resúmenes de Mercado.
• Frérot, A. 2014. Economía circular y eficacia en el uso de los recursos: un motor de crecimiento económico para Europa. Boletín Cuestión de Europa, nº 331. Robert Foundation Schuman.
• Guerrero, L et al. 2005. Nuevo proceso físico-químico para la potabilización de agua sin la utilización de poliacrilamidas. Revista InfoEnviro. Actualidad y Tecnología de la Industrial medioambiental, 79-82. Guerrero, L; Moreno, C; Sanz, J.
• Merino, I. et al. 2007. Preparation and characterization of ceramic productos by thermal treatment of sewage sludge ashes mixed with different additives. Waste Management. Vol. 27.1829-1844. Merino, I; Arévalo, L.F.; Romero, F.
• Monteiro, S.N. et al. 2008. Incorporation of sludge waste from water treatment into red ceramic. Construction and Building Materials. Vol. 22. 1281-1287. Monteiro, S.N; Alexandre, J; Margen, J.I.; Sánchez, R; Vieira, C.M.F.
• Ramírez Quirós, F.2008. Lodos producidos en el tratamiento de agua potable. Revista Técnica Industrial, 275.46-52.
• Torres, P et al. 2012. Uso productivo de lodos de plantas de tratamiento de agua potable en la fabricación de ladrillos cerámicos. Revista Ingeniería de Construcción, Vol. 27. 145-154. Torres, P. Hernández, D; Paredes, D.