I-169 - APLICACIÓN DEL PROCESAMIENTO TERMICO Y ALCALINO PARA LA DESINFECCION DE LODOS RESIDUALES PRIMARIOS. UN ESTUDIO COMPARATIVO Gabriela Moeller Chávez (1) Quimica Farmacobióloga. Maestra en Ingeniería Sanitaria. Dra. en Ingeniería, egresada de UNAM. Experiencia: en docencia, investigación y administración en el área de Ing. FOTOGRAFIA Ambiental. Ha participado en proyectos de investigación, como colaboradora y como responsable. Subcoordinadora del área de tratamiento de aguas residuales del Instituto. NÃO Mexicano de Tecnología del Agua y Profesora de asignatura de la División de Estudios de DISPONÍVEL Posgrado de la Facultad de Ingeniería, UNAM. Catalina Ferat Toscano Egresada de la UAM-Iztapala de la carrera de Hidrobiología. Pasante de la Maestría en Planeación de la UNAM. Profesora a nivel Licenciatura y Maestría en la Facultad de Ingeniería. Colaboradora en proyectos de Investigación en el área de Ing. Ambiental. Rafael López Márquez Químico Farmacéutico Biólogo egresado de la UNAM. Colaboración en el programa de control de calidad en el laboratorio de gastroenterología., en el Instituto Nacional de la Nutrición. UAM colaboración en proyectos en el área de ambiental en la UNAM y UAM-Iztapalapa. Dirección (1) : Instituto Mexicano de Tecnología del Agua. Paseo Cuauhnáhuac 8532, Col. Progreso; C.P.62550 Jiutepec - Morelos - México - Tél: 00 (7) 319-40-00 - e-mail: gmoeller@tlaloc.imta.mx RESUMEN A muestras de lodos residuales primarios recolectadas de la Planta de Tratamiento de Chapultepec, se les determinó, antes y después de aplicar a los lodos un tratamiento anaerobio convencional, el contenido de Coliformes totales y fecales para comparar estadísticamente la remoción que se logra de éstos microorganismos mediante la digestión anaerobia, el procesamiento térmico y la adición de cal. A partir de los resultados obtenidos se establecieron los criterios de selección, ventajas y desventajas en el uso de los métodos arriba probados. PALABRAS-CLAVES: Lodos Residuales, Tratamiento Químico, Térmico Y Anaerobio, Desinfección. INTRODUCCIÓN Lodo residual es el residuo sólido, semisólido o líquido que se genera por el tratamiento de las aguas residuales. Su composición depende principalmente de las características del agua residual influente y del proceso de tratamiento utilizado en la planta que lo genera, por ello pueden ser primarios, secundarios y químicos. Uno de los problemas para el uso y manejo de los lodos es su alto contenido de patógenos, por lo que se requiere su estabilización (reducción de microorganismos patógenos) De acuerdo a la normatividad americana (Estándares para el uso y disposición de lodos provenientes del tratamiento del agua residual doméstica, publicado en el Reglamento del Código Federal, Capítulo 40 CFR, conocido como apartado 503 y publicado en 1993), define diversas tecnologías para la obtención de biosólidos clase A y clase B, entre estas se encuentra la digestión anaerobia, la estabilización alcalina y el procesamiento con calor. Un biosólido tipo A no tiene restricción de uso y la densidad de patógenos se debe de reducir por debajo de los límites que establece este apartado. Para el caso de los coliformes fecales su densidad debe ser menor a 1000 NMP/g de sólidos totales. Un biosólido de clase B tiene una densidad de coliformes totales menor a 2 millones (NMP o UFC por gramo de sólidos totales). De las tecnologías aceptadas para la producción de biósolidos por la agencia de protección ambiental de los Estados Unidos (EPA) son la digestión anaerobia, estabilización alcalina y el procesamiento con calor. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 1
OBJETIVOS Comparar estadísticamente las eficiencias de remoción de coliformes totales y fecales mediante el procesamiento térmico, la adición con cal sobre lodos crudos y digeridos anaeróbicamente. Establecer criterios de selección para el uso de los métodos arriba probados. HIPÓTESIS Se quiere probar que la aplicación de calor y el uso de cal (procesamiento térmico y químico con adición de cal), son similares o no en su efectividad para eliminar a los coliformes totales y fecales, del lodo crudo y del lodo digerido, que permita la obtención de un biosólido clase A. Para ello se utilizaron los datos del porcentaje de supervivencia de los coliformes, bajo los siguientes supuestos: Hipótesis nula H 0 : µ 1 = µ 2 donde las medias de los tratamientos son iguales Hipótesis alterna Ho : µ 1 γ µ 2 donde las medias de los tratamientos son diferentes. Todo lo anterior a un nivel de confianza de 95%. MATERIALES Y MÉTODOS Lodos crudos: fueron obtenidos del sedimentador primario de la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales de Chapultepec (Lodos primarios) Lodos digeridos: provenientes de un digestor anaerobio piloto operando en forma convencional, con 14 días de tiempo de retención hidráulico y a temperatura ambiente. Para el tratamiento alcalino: Hidróxido de calcio al 30% (Baker) Para el procesamiento térmico: Autoclave (100 grados centígrados) Determinación de coliformes totales y fecales: por medio de la técnica de filtro de membrana (Métodos Normalizados para el análisis de agua potable y residual, 1989). El lodo primario crudo se alimentaba diariamente a un digestor anaerobio de tipo huevo operado a nivel laboratorio.a las muestras del lodo, tanto del lodo crudo como digerido, se les determinaron los coliformes totales y fecales, antes de someterlas a los tratamientos de desinfección. (procesamiento térmico y estabilización química). La estabilización química consistió en la adición a 100 ml de muestra de Ca (OH) 2 al 30 % para elevar el ph del lodo a 12, y mantener este valor durante un tiempo de dos horas, tiempo suficiente para crear un medio desfavorable para la actividad biológica. Transcurrido ese tiempo se realizaron las pruebas para cuantificar la presencia de coliformes fecales y totales. El procesamiento con calor consistió en aplicar calor húmedo en forma de vapor saturado (autoclave con la válvula abierta), a 100 ml de lodo, a una temperatura de 100 o C, durante 10 minutos. Este procedimiento es el más efectivo para eliminar a los microorganismos provocando la coagulación de las proteínas, y por ende la destrucción de los microorganismos. Después de transcurrido ese tiempo se realizaron las pruebas para cuantificar la presencia de coliformes fecales y totales. El muestreo se realizó dos veces por semana y las determinaciones de coliformes se hicieron por duplicado. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 2
RESULTADOS Y DISCUSIÓN Los resultados promedio obtenidos para el número de coliformes totales y fecales se presentan en la tabla 1. Tabla 1: Densidad de coliformes totales y fecales en lodos crudos y tratados. Lodos crudos Tratamiento Anaerobio Tratamiento Térmico Tratatamiento Químico Coliformes totales 1.12 x 10 8 4.62 x 10 7 1.25 x 10 3 5.49 x 10 3 Coliformes fecales 3.84 x 10 7 1.10 x 10 7 5.3 x 10 2 3.37 X 10 3 Media geométrica, UFC/g ( n= 30 muestras) Las figuras 1 y 2 presentan gráficamente esta misma información. Figura 1 - Coliformes totales (lodos crudos). crudos digeridos térmico químico Log No. microorg. /g 10.00 9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 número de muestra Figura 2 - Coliformes fecales ( lodos crudos). crudos digeridos térmico químico Log. No. microorg. / g 10.00 9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 número de muestra ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 3
La reducción de microorganismos(coliformes totales y coliformes fecales) mediante la digestion anaerobia es poco significativa. Con el tratamiento térmico y químico, resulta una mayor reducción de estos microorganismos. Debido a esto se probo también la efectividad del tratamiento térmico y alcalino sobre los lodos digeridos con miras a obtener una mayor reducción. Los resultados obtenidos se presentan en la tabla 2. Tabla 2: Densidad de coliformes totales y fecales en lodo digerido procesado térmica y químicamente. Lodo digerido Tratamiento térmico Tratamiento químico Coliformes totales 4.62 x 10 7 4.07 x 10 2 6.64 x 10 2 Coliformes fecales 1.10 x 10 7 7.85 x 10 1 1.81 x 10 2 Media geométrica, UFC/g (n=30 muestras) La tabla 3 presenta el % de sobrevivencia de estos organismos después de la digestión anaerobia, procesamiento térmico y alcalino. Tabla 3: % de sobrevivencia de coliformes. Tratamiento Coliformes totales Coliformes fecales Anaerobio 41.43 28.77 Térmico.011.0014 Químico.0049.0088 La tabla 4 presenta el % de sobrevivencia de los microorganismos en el lodo digerido después de aplicado de igual forma el tratamiento. Tabla 4: % de sobrevivencia de coliformes en lodo digeridos tratados térmica y químicamente. Tratamiento Coliformes totales Coliformes fecales Térmico.0009.0007 Químico.0014 0.0016 Con base en los resultados de % de sobrevivencia para el procesamiento térmico y alcalino, haciendo el análisis estadístico, el valor de Z (intervalo de -1.96 a 1.96) y los valores calculados de Z para las muestras analizadas de lodo crudo, fueron de -1.4899 para coliformes totales y de -1.1892 para coliformes fecales, lo que estadísticamente implica que no existe diferencia significativa entre las medias tanto del lodo procesado térmicamente como en el procesado químicamente, por ello se puede decir que ambos procesos empleados en la desinfección de los lodos, son similares en cuánto a su eficiencia de reducir el número de microorganismos. Para las muestras analizadas de lodos digerido los valores calculados de Z, fueron de -0.9539 para coliformes totales y de 1.656 para coliformes fecales, ambos valores están dentro del intervalo de Z por lo que de igual manera ambos procedimientos son equivalentes. CRITERIOS DE SELECCIÓN PARA EL USO DE LOS MÉTODOS PROBADOS El criterio más importante a considerar es el conocer la densidad inicial de microorganismos en el lodo crudo a tratar y el número máximo permisible de ellos en el producto tratado (lodo clase A o lodo clase B). En relación con el procesamiento térmico y el procesamiento alcalino, ya que los resultados obtenidos en los experimentos indican que ambos tipos de tratamientos son equivalentes, los criterios de selección para utilizar uno u otro estarán en función de factores específicos relacionados con el sitio donde se llevará a cabo el procesamiento y los factores económicos relativos a cada uno de ellos. ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 4
Para el tratamiento anaerobio, se requiere una inversión inicial alta, operadores altamente capacitados y bajo costo de energía. Sin embargo, el producto obtenido es más estable. Para el procesamiento con calor se requiere una inversión inicial alta para el calentamiento, además del consumo de energía para el calentamiento, sin embargo es un procedimiento seguro que no genera subproductos o aumenta el volumen del lodo procesado. En cuanto al procesamiento químico, el uso de la cal implica un bajo costo de inversión, es un reactivo barato, sin embargo se requiere de un gasto continuo para el tratamiento y es fácil de operar. El equipo es simple y considera equipo de mezcla, transporte y almacenamiento. Sin embargo durante la estabilización con cal se generan olores debido al desprendimiento de amoniaco. Por lo anterior, antes de tomar una decisión respecto a cual tratamiento utilizar se requiere conocer la cantidad de lodo producido, su calidad química y microbiológica, los costos de inversión inicial, de operación y mantenimiento de cada uno de ellos. Sólo así se puede asegurar el éxito del sistema seleccionado. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. APHA, AWWA, WPCF. Métodos normalizados para el análisis de aguas potables y residuales, Ed. Díaz de Santos, México. (1989). 2. Bruce, A.M.. Sewage sludge stabilisation and disinfection. Chapter 1 and 2. Ed. WRC (Water Research Center), Londres, Inglaterra, (1984). 3. Cecil, Lue Hing, Zenz, David R. Kuchenrither, Richard. Municipal sewage sludge management processing, utilization and disposal. chapter 4. Ed. Technomic (Water quality management). USA. (1992). 1. 4.Lawrence K, Wang, Mu Hao Wang, George G.Perry. General theories of chemical disinfection and sterilization of sludge. Water and Sewage Works, No.8, vol 125, 58-64. USA. (1978). 4. Pelczar, Michael J. Reid, R.D. Chan, E.L.S. Microbiología.Cap 4, 6,15 y 34, Ed. Mc Graw Hill, México, 2. (1990). 3. 6Shertzer, Richard H.. Wastewater disinfection time for a change. Journal WPCF, no.3, vol 58, 35-39 pp. Washington, D.C.(1986). 4. 7.Sludge disinfection: A review of the literature. Prepared by WPCF Disinfection Committee Water Pollution Control Federation. Washington, D.C.. (1984). 5. 8. U.S. Environmental Protection Agency. Environmental regulations and technology control of pathogens and vector attraction in sewage sludge. EPA/ 625/ R-92/ 013. USA,(1992). ABES - Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental 5