EXPERIENCIAS SOBRE COMPOSTAJE DE LODOS DE DIGESTIÓN AERÓBICA Y ANAERÓBICA

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1 EXPERIENCIAS SOBRE COMPOSTAJE DE LODOS DE DIGESTIÓN AERÓBICA Y ANAERÓBICA Gabrela Castllo (*) Departamento de Ingenería Cvl. U de Chle. María Pía Mena Departamento de Ingenería Cvl. U de Chle. Carola Alcota Departamento de Ingenería Cvl. U de Chle. (*) Av. Beaucheff Caslla Tel.:+56(02) Fax: +56(2) e-mal:gcastlo@cec.uchle.cl Gabrela Castllo. Chlena. Químco-Farmacéutco. Unversdad de Chle. Profesor Asocado e Investgador, Dvsón Recursos Hídrcos y Medo Ambente, Depto. de Ingenería Cvl, Unversdad de Chle. Especaldad: Mcrobología Ambental y Ecotoxcología Sub-Drectora DIECCA AIDIS-Chle. Dreccón: Beaucheff 850, Santago, Chle.Teléfono: (56) ; Fax: (56) e-mal gcastlo@cec.uchle.cl RESUMEN A fnes de la década de los 90, se nca en Chle la prvatzacón de las empresas santaras y con ello el mejoramento del saneamento de las aguas resduales, que en su mayoría estaban sendo elmnadas al ambente sn tratar. Es el caso de la cudad de Santago, captal del país, que con una poblacón de más de 5 mllones de habtantes y una cobertura de alcantarllado de 95%, solamente el 4,2% de sus aguas resduales recbía tratamento. Actualmente, se encuentra en ejecucón un plan de desarrollo que contempla el saneamento de la totaldad de las aguas servdas de la cudad, al año El tratamento selecconado corresponde a lodos actvados, el que según estmacones, producrá toneladas anuales de lodo, expresado en peso seco. Este producto es un elemento nuevo para el país, por lo que presenta desafíos en cuanto a su manejo, dsposcón fnal y posbldades de reuso. El térmno bosóldos defne a un lodo de aguas servdas, que después de ser tratado, permte un uso benéfco. Dentro de sus aplcacones, lo más común es su uso en agrcultura, como fertlzante y acondconador de suelos degradados, por su contendo de nutrentes y matera orgánca. Sn embargo, esta práctca presenta certas restrccones como son el contendo de metales, organsmos patógenos y la presenca de compuestos ftotóxcos. En este trabajo se presenta los resultados de un dseño expermental de acondconamento de lodos medante compostaje, cuyo prncpal objetvo fue evaluar la efcenca del proceso en la hgenzacón del lodo, según crteros del Anteproyecto de Reglamento para la Dsposcón y reuso de lodos no pelgrosos desarrollado por la Comsón Naconal de Medo Ambente (CONAMA-Chle, 200). En forma adconal, el estudo permtó adqurr experenca en el proceso de compostaje de lodos de aguas servdas, en cuanto a su dseño, operacón, tpo de lodo a compostar, materal de soporte y otros factores. Palabras clave: Bosóldos, tratamento, compostaje, caldad santara, reuso INTRODUCCIÓN Chle cuenta con coberturas de agua potable y alcantarllado de 99% y 93%, respectvamente, sn embargo, el tratamento de las aguas servdas (la mayoría consstente en emsaros submarnos y lagunas de establzacón) sólo alcanza al 20% (SISS, 2000). Esta stuacón cambará drástcamente en los próxmos años, debdo a que el Goberno se ha fjado como meta alcanzar un 00% de tratamento al año 200. El lograr esta meta no sólo ha ntroducdo cambo en la gestón de las Empresas Santaras, sno que además éstas han optado por solucones de tratamento convenconal medante lodos actvados, en la mayoría de los casos. Esta stuacón traerá consgo un desafío asocado, que se refere al manejo y dsposcón de los lodos a generarse en el tratamento. Sólo en la cudad de Santago, captal del país, se estma

2 que se producrán del orden de toneladas anuales de lodo, expresado en peso seco (EMOS, 2000). Este producto es un elemento nuevo para el país, por lo cual la Comsón Naconal del Medo Ambente, está trabajando en el estudo de un Reglamento para la Dsposcón y reuso de lodos no pelgrosos, orentado especalmente a defnr las condcones para posbltar su uso benéfco (CONAMA, 200). El compostaje es un proceso que ha vendo recbendo crecente atencón, como alternatva económcamente vable y ambentalmente segura, para la establzacón de lodos de aguas resduales y uso en agrcultura (Btton, 999; Costa et al., 995). Se entende por compostaje la degradacón boquímca de una mezcla de resduos orgáncos, con un materal de soporte como pasto, vruta, aserrín, papel u otros, en condcones controladas de temperatura, humedad, ph y areacón. Durante el proceso la matera orgánca sufre una degradacón bológca por mcroorgansmos facultatvos, generando un producto estable llamado compost, el cual por su contendo en nutrentes y matera orgánca es generalmente utlzado como fertlzante y/o acondconador de suelos degradados. Sn embargo, pese a que por la temperatura nterna que se genera durante el proceso se destrurían los patógenos presentes en el producto orgnal, esta práctca tene restrccones relaconadas con el contendo de patógenos remanentes, metales y compuestos ftotóxcos (WEF, 995). El objetvo de este estudo fue evaluar las condcones de operacón y efcenca del proceso de compostaje en la hgenzacón de lodos dgerdos de aguas servdas, basado en los crteros santaros del Reglamento de CONAMA (200), que los clasfca en Categorías A y B, según su contendo de patógenos. Además, dado que el compostaje de lodos no es una práctca habtual en Chle, el desarrollo de este trabajo permtó adqurr experenca sobre el dseño y operacón del sstema, nfluenca del tpo de lodo, materal de soporte y otros aspectos, en la obtencón del compost. TRABAJO EXPERIMENTAL El trabajo expermental consstó en el dseño y operacón de dos plas de volteo (Plas y 2), almentadas con lodos provenentes de procesos de dgestón aeróbca y anaeróbca de dos plantas de tratamento de lodos actvados. Las característcas santaras de éstos, prevo al compostaje, se ndcan en la Tabla. TABLA : Caldad santara de los lodos a compostar* Mcroorgansmo Lodo Aeróbco Lodo Anaeróbco Colformes fecales NMP/g peso seco 2,3 x 0 9,5 x 0 6 Eschercha col NMP/gr peso seco 8,7 x 0 8 5,0 x 0 5 Salmonella NMP/4g peso seco Ausenca,2 x 0 4 Fagos MS-2 UFP/4g peso seco Nd,8 x 0 3 * Metodología: Standard Methods, 20 th Ed., 998. Nd: no determnado El contendo de humedad, sóldos volátles, nutrentes y razón C:N en ambos tpos de lodos se muestra en la Tabla 2. TABLA 2: Caracterzacón de los lodos a compostar Parámetro Lodo Aeróbco Lodo Anaeróbco Humedad (%) Sóldos Volátles (%) 63,5 68 Carbono (% peso seco) 35,3 37,8 Ntrógeno (% peso seco) 0,8,5 Razón C:N (peso/peso) 44,3 25, En la Pla se usó como materal de soporte pasto y vruta, y en la Pla 2, pasto, vruta y chp. A fn de calcular la masa requerda de cada componente para el dseño de ambas plas, fue necesaro estmar prevamente el contendo de carbono, ntrógeno y humedad de los materales de soporte, valores que se muestran en la Tabla 3. 2

3 TABLA 3: Caracterzacón del materal de soporte Materal Humedad Carbono Ntrógeno Razón C:N (%) (% peso seco) (% peso seco) (peso/peso) Pasto 74,9 48,2 3,7 3,0 Vruta 7,7 55,4,2 46, Chp 8,0 55,5,0 55,5 El dseño de las plas se realzó de modo que la mezcla de lodo y los materales de soporte cumpleran con valores de humedad y relacón C/N en los rangos descrtos en la lteratura (WEF, 995) y según metodología recomendada por la Unversdad de Cornell (200). Para el cálculo de la humedad teórca de la mezcla se utlzó la ecuacón : donde, G = Porcentaje de humedad de la mezcla n () H = Porcentaje de humedad del materal M H M = Masa del materal = G = n M = La razón C:N de la mezcla se calculó de acuerdo a la ecuacón 2: donde, R = Razón C:N de la mezcla n M = Masa del materal M C (00 H ) (2) C = Porcentaje de carbono del materal = R = n N = Porcentaje de ntrógeno del materal M N (00 H ) H = Porcentaje de humedad del materal = A partr de las ecuacones y 2, se obtuvo la masa a mezclar de cada materal, cuyas proporcones, para las Plas y 2 se presentan en las Tablas 4 y 5. Tabla 4: Composcón de la Pla Materal Masa Proporcón (%) (Kg) (Masa/Masa mezcla) Lodo Aeróbco Pasto 30 2 Vruta 23 Masa mezcla: 2 Kg.; Humedad mezcla: 64%; Razón C/N mezcla=35: Tabla 5: Composcón de la Pla 2 Materal Masa Proporcón (%) (Kg.) (Masa/Masa mezcla) Lodo Anaeróbco Pasto 40 0 Vruta 25 6 Chp 5 Masa mezcla: 405 Kg; Humedad mezcla: 67%; Razón C/N mezcla=35: Las dmensones de las plas fueron las sguentes: Pla :,5 m de alto x 0,8 m de ancho x,8 m de largo. Pla 2:,5 m de alto x 0,8 m de ancho x 2 m de largo, con volúmenes totales de, y,2 m 3, respectvamente. Aún cuando ambas plas tenían una razón C:N y humedad smlares, la textura era dferente; la Pla 2 tenía una densdad de,4 veces la densdad de la Pla, de modo que la porosdad de esta últma era mayor. Adconalmente, la Pla operó en época de verano y la Pla 2 en nverno. 3

4 Durante la operacón, ambas plas fueron sometdas a un control peródco de los sguentes parámetros: - Temperatura: Se regstró en 4 puntos de la pla, utlzando un termómetro de vara, calculándose la temperatura promedo. La temperatura nterna de la pla corresponde a la medcón en el centro de ésta. - ph: Se obtuvo desde muestras recolectadas en cuatro puntos de la pla, los que se mezclaron para obtener una muestra homogénea. Se agrega 50 ml de agua destlada a 0 g de muestra, mezclando y dejando reposar por 0 mnutos, luego de los cuales se mdó el ph, con método electrométrco. - Humedad: A partr de una muestra homogénea, obtenda de cuatro puntos dferentes de la pla, se determnó el porcentaje de humedad por secado a 05 C, hasta peso constante. - Patógenos: Se determnó a partr de muestras del centro de la pla, a través del ndcador Colformes Fecales. Esporádcamente se mdó la concentracón de Salmonella y Fagos MS-2. Los procedmentos usados en estas medcones son los correspondentes a los Standard Methods (APHA, 998). RESULTADOS OPERACIÓN PILA. Temperatura. Al cabo de tres días de operacón la temperatura nterna se elevó hasta alcanzar la etapa termofílca del compostaje (temperatura nterna de 40 C), la que se mantuvo durante 35 días (Fgura ). Esta etapa tuvo una duracón de 42 días, alcanzando durante ese período una temperatura cercana a los 50 C, por 4 días. El proceso no mantuvo una temperatura por sobre 55ºC durante a lo menos dos semanas, según lo establecdo en la proposcón de norma de CONAMA, para la obtencón de lodo Clase A. Para ver s se lograba elevar y mantener la temperatura por un mayor perodo de tempo, se realzó un post compostaje y la pla fue ntervenda los días 43 y 58 medante el agregado de pasto. Tal como se observa en la Fgura, en ambas ocasones se produjo un alza en la temperatura, pero no permanecó en el tempo. Al térmno de la etapa de post compostaje, caracterzada por la gualdad entre las temperaturas nterna y ambente, la pla entró a etapa de curado, la que se mantuvo por 50 días. 70 Temperatura ph 0 p p p: pasto Das Tamb (ºC) Tpromedo (ºC) Tnterna (ºC) ph Fgura : Compostaje Pla. Varacones de Temperatura y ph ph: Se mantuvo dentro del rango (5-8) descrto para el proceso; el valor mínmo (5,9) se regstró al nco y el máxmo (7,4) el día 3 (Fg. ). Al térmno de la etapa de compostaje el ph alcanzó un valor de 6,5 y al térmno de la etapa de curado, el ph había dsmnudo hasta 5,8. Humedad: En la Fgura 2 se muestra las varacones de humedad regstradas durante el proceso, cuyo promedo de %, es aceptable para este tpo de tratamento (50-65%). Los valores de humedad sobre 65% concderon con la adcón de agua para mpedr la desecacón de la pla, y valores bajo 50% se relaconan con alzas en la temperatura ambente y falta de agua. Durante la etapa de maduracón, la humedad dsmnuyó lentamente desde 56% hasta 50% aproxmadamente. Colformes Fecales. La Pla partó con una concentracón de Colformes Fecales de 6,8x0 8 g/peso seco, la que al cabo de 22 días dsmnuyó a,2x0 5 g/peso seco, para fnalzar con un nvel de 4,5x0 5 NMP/g peso seco, equvalentes a una reduccón meda de 3,2 órdenes de magntud durante la prmera etapa (Fgura 3). Las alzas detectadas entre los días 37 y 65 concderon con un aumento en la frecuenca de volteo y con la ntervencón de la pla durante el post compostaje. Al fnal de la etapa de maduracón, los colformes fecales alcanzaron una densdad de 0 4 NMP/00 ml 0 4

5 Humedad (% ) H=65 % H=50% Fgura 2: Compostaje Pla. Varacón de Humedad,E+09,E+08 CF (NMP/gr peso seco),e+07,e+06,e+05,e+04,e+03,e+02,e+0,e+00 p p p: pasto Fgura 3: Compostaje Pla. Varacón de Colformes Fecales Sóldos Volátles. Tal como se observa en la Fgura 4, el valor ncal de sóldos volátles regstrado fue 88,5%, el que durante la etapa termofílca (compostaje y post compostaje) dsmnuyó a 74%, destacándose que no se observó el efecto del agregado de pasto en la pla. Posterormente, la dsmnucón en el contendo volátl fue muy leve, alcanzando un valor fnal de 68% al térmno de la etapa de curado. Sóldos Volátles (% ) Fgura 4: Compostaje Pla. Varacón de los Sóldos Volátles OPERACIÓN PILA 2 Temperatura. La mezcla ncal alcanzó la etapa termofílca después de cuatro días de operacón, mantenendo una temperatura nterna promedo sobre 40ºC por 9 días (Fgura 5). Por 5 días la temperatura nterna alcanzó valores cercanos a los 55 C, y durante 4 días bordeó los 50 C. Sn embargo, no logró mantener una temperatura por sobre 55ºC por dos semanas. La etapa de compostaje tuvo una duracón de 40 días, pasando posterormente a maduracón o curado por un período de tres meses. 5

6 Temperatura ph 0 Tamb (ºC) Tpromedo (ºC) Tnterna (ºC) ph Fgura 5: Compostaje Pla 2. Varacón de Temperatura y ph ph. Durante la etapa termofílca el ph se mantuvo dentro del rango de 5-8, descrto para el proceso (Fgura 5). Se ncó con condcones levemente ácdas (ph 5,5), subendo en corto tempo a 8,2, para establzarse en 6,5 undades. Durante la maduracón, el ph dsmnuyó levemente hasta 5,6. Humedad. El promedo de humedad durante la etapa de compostaje fue de 73%, valor que supera el rango aceptable. Aunque ncalmente la tendenca era a la baja, al térmno de la etapa de compostaje, la humedad sufró una fuerte alza, concdendo con lluvas ocurrdas en la temporada. Para evtar futuros ncremento de humedad por efecto de lluvas, la pla se cubró con plástco, accón que al comenzo de la maduracón sólo mpdó una mayor evaporacón desde la pla. Sólo en la últma fase de la etapa de maduracón la humedad comenzó a dsmnur levemente hasta cerca de un 70%. 0 Humedad (%) Fgura 6: Compostaje Pla 2. Varacón de la Humedad Colformes Fecales. En la Fgura 7 se muestra el comportamento de los Colformes Fecales durante la etapa de compostaje de la Pla 2, cuya remocón fue práctcamente nula. El valor ncal de,6 x 0 6 NMPg/peso seco se redujo a,2x0 5 NMPg/peso seco, equvalente a una remocón de,2 órdenes de magntud. H=65 %.E+07 CF (NMP/gr peso seco).e+06.e+05.e+04.e+03.e+02.e+0.e+00 Fgura 7: Compostaje Pla 2. Varacón de los Colformes Fecales 6

7 Sóldos Volátles. En la Fgura 8 se observa la dsmnucón de los sóldos volátles con respecto al tempo; en este caso, el valor ncal de SV de 89%, dsmnuyó a 84% (día 40), lo que corresponde a una reduccón de 5,7%; posterormente durante el curado, al gual que en el resto de los parámetros, la reduccón observada fue muy leve. Sóldos Volátles (% ) Fgura 8: Compostaje Pla 2. Varacón de Sóldos Volátles En relacón a la santzacón del producto, el compost obtendo en ambas plas después de la etapa de maduracón, presentó la caldad que se muestra en la Tabla 7. Estos resultados ndcan que, desde esa perspectva, el compost generado en ambas plas sería apto sólo como suplemento nutrtvo con restrccones de uso y de aplcacón, según tpo de suelo y cultvo. Tabla 7. Caldad santara del lodo compostado, posteror al curado Compost fnal Pla Pla 2 Colformes fecales (NMP/g peso seco) Salmonella (NMP/4g peso seco) Ausenca Ausenca Fagos MS2 (UFP/4g peso seco) Cabe destacar que en el proceso de maduracón o curado que sguó a la etapa termofílca, la temperatura meda nterna de las plas concdó con la temperatura ambental, sendo de 28 C en la Pla y 8 C en la Pla 2. La matera orgánca contnuó su degradacón, sendo más efectva en la Pla que en la Pla 2, probablemente debdo a su mayor temperatura nterna. Al térmno del curado, la reduccón de sóldos volátles fue de 20% en la Pla y 0% en la Pla 2. DISCUSIÓN y CONCLUSIONES El Anteproyecto de Reglamento para Dsposcón y reuso de lodos no pelgrosos desarrollado por la Comsón Naconal de Medo Ambente (CONAMA-Chle, 200), clasfca los lodos provenentes del tratamento de las aguas servdas en dos categorías (A y B). La Clase A corresponde a lodos que presenten un nvel de Colformes Fecales 000 NMP/g peso seco, o Salmonella <3 NMP/4g peso seco; adconalmente, y asocado al tratamento, se restrnge Helmntos a < huevo vable/ 4g de lodo peso seco, y Fagos MS2 a < UFP/4g peso seco. Este tpo de lodos es apto para uso en agrcultura, sn restrccón, y factble de obtener medante tratamentos con alta remocón de patógenos (PFRP), uno de los cuales es el compostaje, sempre que la temperatura nterna durante la etapa termofílca se mantenga a 55 C por al menos 5 días. La Clase B corresponde a un lodo que manfeste una meda geométrca (de 7 medcones, prevo al uso) de 2.0x0 6 Colformes Fecales/g peso seco; este lodo puede ser aplcado en suelos alejados, para cultvo de pastzales, u otros productos de consumo no humano y para su obtencón, se pueden usar procedmentos que aseguren una sgnfcatva reduccón de patógenos (PSRP), dentro de ellos el compostaje, condconado a que en la etapa termofílca se mantenga una temperatura nterna de 40 C a lo menos por 5 días, y alcance 55 C por 4 horas. Observando el comportamento de los colformes fecales en estas experencas de compostaje tenemos que desde el punto de vsta de su hgenzacón, ndependente del tpo de lodo usado y dferencas en la operacón, el compost fresco obtendo en ambas plas clasfca dentro de la Clase B. En cuanto al compost maduro, ambos productos clasfcan como Clase B, aún cuando el compost obtendo en la Pla 2, es más cercano a la Clase A. Desde el punto de vsta del tratamento, el producto fnal de ambas plas clasfca como Clase B, ya que en ambos casos no sólo no se cumpleron 7

8 las condcones de temperatura (Fg. y 5) estpuladas en la normatva para la Clase A, sno que tampoco se alcanzó la densdad deseada de colformes fecales. Es nteresante notar que los nveles de Fagos MS2 son altos respecto al nvel establecdo en la normatva, lo que ndca la necesdad de contar con mayor nformacón respecto a los límtes a establecer, para verfcar su justfcacón en la normatva menconada. El comportamento de este ndcador, montoreado en la Pla 2, fue además errátco durante el proceso. Respecto a la operacón de las plas, la dfcultad para obtener una temperatura de 55 C durante la etapa termofílca pudo deberse a dferentes factores. Entre éstos, se estma que la razón C/N de la mezcla, calculada en forma teórca, puede no representar en forma adecuada la bo-dsponbldad de estos elementos durante el proceso; dferencas en la transferenca de oxígeno y en las pérddas de calor debdo a las dstntas característcas de las plas; défct de oxígeno por falta de homogenedad en el volteo; exceso de humedad asocado a la operacón y/o condcones clmátcas. Aún cuando no se verfcaron los nveles de oxígeno en las plas, se estma que la Pla operó en condcones aeróbcas, dado que no se regstró condcones de olores durante el volteo; en la Pla 2 en cambo, se produjeron olores especalmente durante la etapa de compostaje. Este efecto explcaría la mayor reduccón de colformes fecales observada en la Pla durante el compostaje. Las tasas de decamento de colformes fecales observadas durante la etapa de compostaje fueron del orden de 0,4 d - y 0,04 d - en las Plas y 2, respectvamente. Dado que ambas plas alcanzaron temperaturas smlares en esta etapa, las dferencas se deberían a las dstntas condcones de oxgenacón en ambas. Durante la maduracón, ocurrda a 28ºC en la Pla y a 8ºC en la Pla 2, las tasas de decamento fueron de 0, d - y 0,08 d -, respectvamente, de modo que a gual período de maduracón, el producto de ambas plas sería smlar. De hecho, en la Pla, una etapa de maduracón entre -70 días habría asegurado la obtencón de compost Clase A respecto al contendo de colformes fecales. Un resumen de las conclusones fnales de este estudo son:. El compostaje de lodos de aguas servdas, llevado a cabo bajo las condcones de operacón de este trabajo expermental, permtó obtener lodo Clase, tanto en el compost fresco, como después de su maduracón. El post compostaje no mostró nngún efecto sobre los colformes fecales, lo que se puede haber debdo a que el pasto agregado estuvera contamnado, lo que no fue verfcado. 2. Para la obtencón de un compost de caldad santara apta para reuso en agrcultura, el proceso requere de un adecuado dseño y operacón, que ncluya una verfcacón expermental de los parámetros de dseño (razón C:N y humedad de la mezcla ncal) y de los factores de operacón (ph, humedad, temperatura, areacón). 3. Es recomendable desarrollar, a nvel local, una normatva específca para compostaje de bosóldos, que especfque s su caldad santara se consderará en el compost fresco o maduro, e ncluya métodos de medcón de madurez de éste. 4. Es recomendable establecer s los nveles de Fagos MS2 establecdos en el Anteproyecto de Reglamento actual son coherentes con los nveles exgdos para los otros ndcadores mcrobológcos. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. Amercan Publc Health Assocaton. (998) Standard methods for the examnaton of water and wastewater. 20 th ed. APHA, AWWA, WEF. 2. CONAMA. (200) Anteproyecto de Reglamento para el manejo de lodos no pelgrosos generados en plantas de tratamento de aguas. Comsón Naconal del Medo Ambente, Chle. 3. Btton G. (999) Wastewater Mcrobology. 2 nd ed. J. Wley-Lyss, NY. 4. Costa F., C. García, T. Hernández. (995) Resduos orgáncos urbanos. Manejo y utlzacón. Consejo Superor de Investgacones Centífcas (CSIC), Murca, España. 5. EMOS Dsposcón de Bosóldos. Stuacón futura de EMOS S.A. Empresa Metropoltana de Obras Santaras, Chle. Informe Técnco. 6. Cornell State Unversty, USA. (200) The Scence and Engneerng of Compostng USEPA Standards for the use or dsposal of sewage sludge. Summary of 40 CFR Part 503, U.S. Envronmental Protecton Agency. 8. SISS Stuacón del saneamento de las aguas servdas en Chle. Superntendenca de Srvcos Santaros Revsta Técnca Resduos y Medo Ambente. Compostaje (Marzo-Abrl 2000), España, Año X-N Water Envronment Federaton Techncal Practce Commttee Control Group. (995) Bosolds Compostng. Specal publcaton. WEF, Alexandra, VA, USA. 8