Download Viabilidad del proceso de compostaje con biosólidos de la

Viabilidad del proceso de compostaje con biosólidos de la planta
de tratamiento de aguas residuales en la ciudad de San Miguel
de Allende, México
Víctor Ángel Ramírez Coutiño, Francisco Javier Rodríguez Valadez
[email protected]
Resumen
El propósito de este trabajo fue examinar la viabilidad de reducir el índice de bacterias coliformes
fecales del biosólido generado en la planta de tratamiento de aguas residuales municipales de la
ciudad de San Miguel de Allende, México, mediante la técnica de compostaje. Las pilas
experimentales contenían biosólido mezclado con pasto de recorte como fuente de carbono
adicional y una piedra porosa volcánica llamada tezontle (LPT) o residuos de maleza (LPM) de las
áreas aledañas a la Planta de Tratamiento respectivamente. La reducción eficaz de bacterias
coliformes fecales se logró en ambas pilas, obteniendo al final del proceso biosólidos excelentes de
clase A de acuerdo a la NOM-004-SEMARNAT-2002, la cuál especifica los límites máximos
permisibles de contaminantes en lodos y biosólidos para su aprovechamiento y disposición final. En
la pila SGW la fase termofílica se mantuvo por 7 días alcanzándose las más altas temperaturas,
lográndose la reducción de bacterias coliformes fecales deseadas en 2 semanas, contra 3 semanas
que requirió la pila SGT.
665
Palabras claves: fase termofílica, bacterias coliformes fecales, sustancias húmicas
1. Introducción
En nuestro país, se ha incrementado considerablemente el número de plantas de tratamiento de
aguas residuales urbanas, y por ende la cantidad de lodos residuales generados en ellas [1]. Uno de
los problemas más importantes en relación a estos lodos sin duda es su disposición final, puesto
que estos reciban o no tratamiento tienen que ser dispuestos en algún lado, ya sea en rellenos
sanitarios o simplemente sobre la superficie de la tierra. El colocar un lodo residual sobre suelo sin
someterlo antes a un tratamiento origina la contaminación del medio ambiente y a su vez un riesgo
muy grande para la salud de los seres humanos debido a la gran cantidad de microorganismos
patógenos que se encuentran en ellos. El compostaje es una alternativa viable, se considera que se
destruyen los patógenos casi al 100% y se mineralizan los nutrientes de manera que quedan
disponibles para el crecimiento y desarrollo vegetal [2],[3]. Por tal motivo se propone montar un
proceso de compostaje con lodos residuales, aprovechando la materia orgánica contenida en ellos
con el fin de estabilizar el lodo residual y reducir la población de microorganismos patógenos.
2. Metodología
El lodo residual obtenido de una planta de tratamiento de aguas residuales municipales ubicada en la
Ciudad de San Miguel de Allende, es caracterizado mediante estudios CRETIB según la NOM-052SEMARNAT-1993 también se realizaron análisis de acuerdo a la NOM-004-SEMARNAT-2002. El
análisis CRETIB arroja resultados positivos, pues el lodo cumple satisfactoriamente con esta
normatividad siendo no corrosivo, no reactivo, no explosivo, no toxico, no inflamable, pero en lo
que respecta a biológico infeccioso no se concluye, sin embargo en el análisis realizado a este
mismo lodo según la NOM-004-SEMARNAT-2002, se observa que el único punto que no cumple
Hacia la sustentabilidad: Los residuos sólidos como fuente de energía y materia prima
© 2011 pp 665-669 ISBN 978-607-607-015-4
es el microbiológico donde sobre pasa el límite Coliformes Fecales, por lo que se puede proceder a
la implementación de la composta para la reducción de los mismos. Se comienza acondicionando el
área a utilizar para la implementación de composta aeróbica la cual consta aproximadamente de 40
m2.El lodo residual se mezcla con agentes volumétricos degradables y no degradables, los
degradables aparte de dar volumen a la pila de composteo y romper la morfología del lodo, se van
degradando junto con la materia orgánica existente en el biosólido durante el proceso de compostaje,
el agente volumétrico degradable utilizado para este proyecto fue pasto, su característica mas
importante es que contiene una gran cantidad de carbono y nitrógeno. Los no degradables al igual
que los degradables, dan volumen y cambian la consistencia del lodo residual para permitir una
mejor oxigenación a través de la pila de composteo. Las relaciones de lodo residual, pasto y tezontle
fueron 1:2:0.5 respectivamente, además se utilizo un blanco como referencia que fue precisamente el
lodo residual sin agentes volumétricos. La pila de la composta y el blanco son monitoreadas
mediante los análisis de temperatura, humedad, pH, DQO y número más probable de bacterias
coliformes fecales [4].
3. Resultados
En la figura 1, se muestra que la temperatura máxima fue generada el día 18 por la pila de composta
formada de LPM obteniéndose una temperatura máxima de 67º C además generando temperaturas
durante 14 días consecutivos arriba de los 45º C y 7 días consecutivos con temperaturas por encima
de los 55 º C lo cuál cumple con las temperaturas establecidas por la EPA para la estabilización de
lodos y compostas; estas temperaturas a su vez son parecidas a las originadas de compostas hechas
con desperdicios sólidos urbanos [5] y lodos residuales con cáscara de coco y viruta de madera [6]
donde se generaron temperaturas entre 45 y 65 º C.
666
TºC
MONITOREO DE TEMPERATURA DURANTE EL PROCESO DE
COMPOSTAJE
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
15
10
0
7
14
21
28
35
42
49
56
63
70
77
84
91
98
DÍAS
LODO-PASTO-TROZOS DE MALEZA RELACIÓN VOL. 1-2-1/3
LODO-PASTO-TEZONTLE RELACIÓN VOL. 1-2-1/3
LODO RESIDUAL
TEMPERATURA AMBIENTE
Figura 1. Mediciones de temperaturas en las pilas de compostas y lodo residual durante 3 meses
En la figura 2 se muestran los cambios de % de humedad de las pilas durante el proceso de
compostaje, en donde se ve una disminución gradual en las pilas LPM y LPT. La incorporación de
los materiales de soporte y fuente de carbono a las pilas, provoca que el porcentaje de humedad
disminuya ya que estos contienen un % de humedad menor a la del lodo. Los valores obtenidos del
% humedad en LPM y LPT se encuentran dentro de los % recomendados por la NOM-004SEMARNAT-2002. En la pila del lodo no ocurren cambios significativos, las pequeñas
disminuciones de humedad son debidas a la temperatura ambiente y a la aireación que se le
proporciona semanalmente en donde el % humedad disminuye tan solo del 85 al 80 % durante todo
el proceso.
Hacia la sustentabilidad: Los residuos sólidos como fuente de energía y materia prima
© 2011
MEDICIÓN DE % HUMEDAD EN PILAS DE COMPOSTAS
90
85
% HUMEDAD
80
75
70
65
60
55
50
0
7
14
21
28
35
42
49
56
63
70
77
84
91
98
DÍAS
LODO-PASTO-TROZOS DE MALEZA RELACIÓN VOL. 1-2-1/3
LODO-PASTO-TEZONTLE RELACIÓN VOL. 1-2-1/3
LODO RESIDUAL
Figura 2. Resultados de % de humedad en las pilas de compostas y lodo residual.
Los valores obtenidos de pH al principio del proceso se encuentran entre 7.44 y 8.10 (ver figura 3).
El pH en las compostas LPM y LPT van incrementándose de forma similar conforme transcurren los
días, obteniéndose las máximas lecturas entre los días 14 para la pila LPT con un pH 8.40 y 21 en el
caso de LPM con pH 8.90. El alto incremento de los valores de pH generado durante el compostaje
de lodos residuales ha sido observado por varios autores. Al parecer el aumento del pH, es debido a
la degradación de ácidos grasos corto-encadenado y a la amonificación del nitrógeno orgánico. El
posterior descenso de pH tendiendo a la neutralidad, se atribuye a la oxidación de amonio por la
nitrificación de las bacterias [7],[8],[9].
MEDICIÓN DE pH EN PILAS DE COMPOSTA
pH
667
9
8.8
8.6
8.4
8.2
8
7.8
7.6
7.4
7.2
7
0
7
14
21
28
35
42
49
56
63
70
77
84
91
98
DÍAS
LODO-PASTO-TROZOS DE MALEZA RELACIÓN VOL. 1-2-1/3
LODO-PASTO-TEZONTLE RELACIÓN VOL. 1-2-1/3
LODO RESIDUAL
Figura 3. Mediciones de pH en las pilas de compostas y lodo residual a través del tiempo.
Las concentraciones de DQOS al inicio del proceso de compostaje son semejantes para todas las
pilas (figura 4). Al transcurrir el tiempo de tratamiento se observa una clara disminución en los
valores de DQOS, quedando al final del proceso concentraciones de 1,000 mg/l para LPM y de
1,158 mg/l para LPT. Como podemos observar el mayor % de remoción de DQO S ocurre
principalmente en los primeros 21 días precisamente en la etapa termofílica, que es caracterizada
por intensa actividad microbiana y las proporciones rápidas de descomposición de materia orgánica.
[10],[11]. Al finalizar el proceso mas del 95% de la DQOS, fue removido, por lo que se concluye que
el alza de temperatura en las pilas se relaciona directamente con la biodegradación de la materia
orgánica contenida en el lodo. La degradación de materia orgánica se realiza de manera más rápida
en la pila LPM, lo que es coincidente con la generación de temperaturas mas altas que la otra pila, lo
que permite inferir que en estas pilas se tuvieron mejores condiciones para los microorganismos
degradadores que en las pilas hechas por tezontle.
Hacia la sustentabilidad: Los residuos sólidos como fuente de energía y materia prima
© 2011
MG/L
DQOS EN PILAS DE COMPOSTAS
14000
12500
11000
9500
8000
6500
5000
3500
2000
500
0
7
14
21
28
35
42
49
56
63
70
77
84
91
98
DÍAS
LODO-PASTO-TROZOS DE MALEZA RELACIÓN VOL. 1-2-1/3
LODO-PASTO-TEZONTLE RELACIÓN VOL. 1-2-1/3
LODO RESIDUAL
Figura 4. Resultados de DQOS en las pilas de compostas y lodo residual.
Los resultados de coliformes fecales en las pilas montadas, indican que el proceso de compostaje es
bastante eficiente para su inactivación. En la figura 4, se observa que la pila LPM reduce
rápidamente el índice de bacterias coliformes fecales, teniéndose que para el día 14 ya se cumplía
con los límites máximos permisibles de la NOM-004-SEMARNAT-2002 para lodos de clase A, B y
C; a los 21 días se presento la máxima remoción de estos.
Para la pila LPT la remoción de bacterias coliformes fecales fue más lenta pero se logro cumplir con
la norma para lodos clase C a los 14 días y para los lodos de clase A y B a los 21 días.
INDICE DE BACTERIAS COLIFORMES FECALES EN LAS
COMPOSTAS Y LODO RESIDUAL
1.00E+08
LÍMITE MÁXIMO PERMISIBLE DE
BACTERIAS COLIFOMES FECALES
NOM-004-SEMARNAT-2002 DE CLASE C
1.00E+07
NMP/g
1.00E+06
1.00E+05
1.00E+04
1.00E+03
1.00E+02
LÍMITE MÁXIMO PERMISIBLE DE
BACTERIAS COLIFOMES FECALES
1.00E+01
0
7
14
21
28
35
42
49
56
63
70
77
84
91 NOM-004-SEMARNAT-2002
98
DE CLASE A
YB
DÍAS
LODO-PASTO-MADERA DE MALEZA RELACIÓN VOL. 1-2-1/3
LODO-PASTO-TEZONTLE RELACIÓN VOL. 1-2-1/3
LODO RESIDUAL
Figura 5. Resultados de remoción de coliformes fecales en las pilas de compostas y lodo residual.
Conclusiones
Debido a las condiciones en las cuales se realizo el proceso de compostaje (pH, humedad, agentes
de soporte y fuente de carbono) se pudo llevar a cabo la degradación de la materia orgánica por la
actividad microbiana, originando temperaturas elevadas durante el proceso (45-67 ° C). Gracias a las
altas temperaturas generadas en las compostas, se pudo llevar a cabo la estabilización del lodo
residual, obteniéndose la remoción de las bacterias coliformes fecales, de tal forma que se cumple
con los límites máximos permisibles de la norma NOM-OO4-SEMARNAT-2002, dando como
resultado biosólidos excelentes de clase A para las composta LPT y LPM.
Hacia la sustentabilidad: Los residuos sólidos como fuente de energía y materia prima
© 2011
668
Referencias Bibliográficas
669
[1] IMTA 2002
[2] Chen, Y., Imbar, Y. Chemical and spectroscopic analysis of organic matter transformation
during composting in relation to compost maturity. In: Hoitink, H.A.J., Keener, H.M. (Eds.), Science
and Engineering of Composting. The Ohio State University, 1993. pp. 551–600.
[3] Castaldi, P., Alberti, G., Merella, R., Melis, P. Study of the organic matter evolution during
municipal solid waste composting aimed at identifying suitable parameters for the evaluation of
compost maturity. Waste Manage, 25. 2005. 209–213.
[4] International Humic Substance Society Method 08, 12,2001. 05,17-12. ―Test Methods For The
Examination Of Composting And Compost‖
[5] Tognetti, C., & Mazzarino, M. J., & Laos, F. Cocomposting biosolids and municipal organic
waste: effects of process management on stabilization and quality. Edit. 23 December 2006
[6] López Armenta, Espinosa Ramírez. Tratamiento de lodos residuales municipales con un proceso
aerobio termofílico. Instituto Mexicano de Tecnología del Agua 2007
[7] Michel, F.C., Reddy, C.A. Effect of oxygenation level on yard trimmings composting rate, odor
production and compost quality in bench scale reactors. Compost Science and Utilization 6(4). 1998.
Pp. 6-14
[8] Sánchez, Monedero M. A., Cegarra, J. Chemical and structural evolution of humic acids during
organic waste composting. Biodegradation 13. 2003. Pp 361-371, Kluwer Academic Publishers.
Printed in the Netherlands
[9] Beck, Friis, B., Smars, S. Composting of source separated household organics at different
oxygen levels: gaining and understanding of the emission dynamics. Compost Science and
Utilization. 1. 2003. Pp 41-50
[10] Adani, F., Genevini, P.L., Gasperi, F., Zorzi, G. Organic matter evolution index (OMEI) as a
measure of composting efficiency. Compost Science and Utilization .2. 1997. pp53–62
[11] Tremier, A., de Guardia, A., Massiani, C., Paul, E., Martel, J.L. A respirometric method for
characterising the organic composition and biodegradation kinetics and the temperature influence on
the biodegradation kinetics, for a mixture of sludge and bulking agent to be co-composted.
Bioresour Technol. 96. 2005. Pp 169–180
Hacia la sustentabilidad: Los residuos sólidos como fuente de energía y materia prima
© 2011