Validación de Uso de Lodos Generados en Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales Tipo UASB como Insumo en Recuperación de Suelos Agrícolas

Revista ESAICA Sección Ingeniería Agroindustrial 18

©Author; License Revista Esaica Facultad de Ingenierías Universidad de Santander UDES Revista ESAICA Vol.1 n° 1 pp. 18-23. Junio Bucaramanga-Colombia

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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.

Key Words: sewage sludge, Waste Water Treatment

Plant (PTAR), Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB), farming soil, biosolid.

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].

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.

mailto:[email protected]



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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

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:

TABLA 2 USO SUELO EN SANTANDER

ÁREA TIERRA PORCENTAJE

Agrícola Cultivo transitorio 27.377 Ha. (maíz, fríjol, papa, arroz, hortalizas, sorgo, tabaco, melón, papaya y yuca)

21,2%

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)

Pecuaria 34.292 Ha. Pastos de corte 785.565 Ha. Pastos naturales 602.321 Ha. Pastos tecnificados

60,2%

Forestal Uso actual del suelo en el departamento

17,52%

Bosques 800.960 Ha.

(especies maderables, pastos y cultivos de subsistencia)

Otros usos 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)

11%

Tierras sin uso agropecuario o forestal. Son reemplazadas por áreas en pantanos y ciénagas, susceptibles a inundaciones, vegetación herbácea y de tipo arbustivo.

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

Fig. 2 Usos del suelo en Santander Fuente: Plan Frutícola Nacional, 2006 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.

Fig. 3. Distribución de sólidos en tratamiento primario Fuente: elaboración propia

TABLA 3

PROMEDIO DE CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS EN AGUAS RESIDUALES DOMÉSTICAS

SOLIDOS SEDIMENTABLES (ml/l)

SOLIDOS SUSPENDIDOS( mg/l)

SOLIDOS VOLATILES (mg/l)

DQO

(mg/l)

4,4 314,6 225,7

785,78

Fuente: elaboración propia

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]:

Lodo en exceso=lodo sedimentable efluente + lodo de descarga del manto (1)

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.

B. Purga del lodo

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.

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.

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.

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.

III. CONDICIONES DE SALIDA DEL LODO

Los parámetros aproximados que se pueden obtener

después de estos procesos anteriores, se esquematizan en las siguientes tablas:

Sólidos totales

Sólidos disueltos

Sólidos sedimentables

Sólidos

suspendidos

Sólidos volátiles

Sólidos Filtradoss Sólidos volátiles

Sólidos Filtrados

Sólidos volátiles

Sólidos Filtrados



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TABLA 4. RESULTADOS PARÁMETROS MICROBIOLÓGICOS


TABLA 5. ANÁLISIS DE FERTILIDAD

Analisis fertilidad

Lodo Biosólidos 1.5 MESES DESPUÉS

Ph 6.3 6.05 4.3 MO (%) 38.8 33.0 12 Nt (%) 1.56 1.6 0.37 RELACION C/N

14.4:1 12:1 18.8:1

P (ppm) 300 364 305 Ca (meq/100g suelo)

18.7 19.9 30.7

Mg(meq/100g suelo)

4.1 3.4 2.6

K(meq/100g suelo)

0.8 0.18 0.6

Al(meq/100g suelo)

0 0 0.1

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

Río Frío por Milagros León Escobar Múnera y otros; CDMB 2005.

*La densidad del lodo seco es de aproximadamente 440 Kg/m3

TABLA 6 METALES PESADOS

METALES MATERIAL COMPOSTADO

NORMA Decreto 1287 de 2014 TIPO A TIPO B

Arsénico 6,28

20 40 (mg As/kg) Cadmio

2,42 8 40 (mg Cd/kg) Cobre

176,33 1000 1750 (mg Cu/kg) Plomo

47,82 300 400 (mg Pb/kg) Mercurio

1,30 10 20 (mg Hg/kg) Molibdeno

5,91 18 75 (mg Mo/kg) Níquel

33,06 80 420 (mg Ni/kg)

Selenio (mg Se/kg) 1,46 36 100 Zinc

349,06 2000 2800 (mg Zn/kg)


Coliformes Totales

Coliformes Fecales

(UFC/g) (UFC/g)

443 34 Ausente/25g

<1000 - Ausente/25g

Nueva Norma Tipo A - <1000 Ausencia

Biosólidos Decreto 1285 del 10 de Julio 2014 (mg/kg)

Tipo B - <2’000.000 <1000

Tipo A - <1000 Tipo B - <2’000.000 -

MICROBIOLÓGICOS

PILA Salmonella

Limite EPA (UFC/g)

NTC 5167 de 2004 (UFC/g)compostada



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TABLA 7 VALORES MÁXIMOS PERMISIBLES DE USO Y

CARACTERIZACIÓN DE BIOSÓLIDOS

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.

IV. USOS RECOMENDADOS

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.

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.

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.

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.

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

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] 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/

[2] 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.

[3] 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.

[4] 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

[5] COLOMBIA. Ministerio de Vivienda, Ciudad y Territorio. Decreto 1287 de 2014.

[6] 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

[7] 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

http://www.fao.org/

http://www.unccd.int/convention/text/convention.php

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