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Análisis de lodos y biosólidos

Una visión a los aspectos materiales y ecológicos de la producción y disposición de lodos.

Microlab Industrial ha obtnido su acreditación en el análisis de lodos y biosólidos de acuerdo con la norma oficial mexicana NOM-004-SEMARNAT-2002. Con este motivo, aprovechamos para escribir sobre la naturaleza de la generación, disposición y análisis de lodos y biosólidos.

Existen una gran cantidad de residuos sólidos susceptibles de generarse en un proceso industrial. Aquí en México, la norma NOM-052-SEMARNAT-2005 regula la disposición de los residuos en general, aunque remite a otras normas para casos particulares. Cuando se trata de residuos provenientes de azolve de alcantarillado, plantas potabilizadoras o plantas de tratamiento de aguas residuales, la norma NOM-004-SEMARNAT-2002 es la encargada de regular su disposición final. Gran parte de los límites regulatorios y formas de proceder son análogos a la regulación estadounidense 40 CFR Parte 503.

El origen de los biosólidos

Normalmente se asocia a la salida de una planta el efluente de agua limpia listo para descargar, sin embargo, no es el único “producto” que sale de esta. Aplicando un balance de masas, veremos que los compuestos no deseados en el agua necesariamente tienen que salir por otro lado y en alguna forma si no es que persisten en el agua tratada. ¿adónde van estos compuestos contaminantes?

Una parte de los residuos sólidos consiste simplemente en arenas y sedimentos que quedaron en el sedimentador primario, que serán dispuestos principalmente como basura y que la norma NOM-004 en realidad no está pensada para regularlos.

Del resto de contaminantes que llegan al tratamiento biológico secundario, una parte de ella literalmente se va con el viento, cuando los microorganismos la consumen y metabolizan hasta formar gases como el nitrógeno y el dióxido de carbono; otra pequeña porción se convierte en agua misma como producto del metabolismo. Todo lo demás, o se descarga con el efluente si es soluble, o permanece en la planta en forma de los sólidos insolubles que se acumulan y más tarde se retiran en forma de lodo. De este, parte es flora microbiana que se encuentra suspendida en el reactor como lodo activado y se separa en el sedimentador secundario, otra son los compuestos orgánicos de composición sumamente variada que terminan adsorbidos en esos sólidos y otros son sólidos inorgánicos insolubles.

La disposición de los lodos es una parte esencial del tratamiento de aguas.

Aunque puede pensarse que si se generan lodos sólidos es porque el tratamiento ha sido inconcluso, deben considerarse los límites prácticos para el tratamiento tanto físicos como económicos.

  • La degradación biológica de los compuestos orgánicos del agua no ocurre de forma “gratuita” sino que sólo prosigue mientras se suministre oxígeno por medio de los dispositivos de aireación. Estos dispositivos de aireación son el principal gasto corriente en energía para el funcionamiento de la planta, de forma que un tratamiento más prolongado demanda mayor tamaño de reactores y mayor capacidad de aireación, por lo que en algún punto es necesario definir un corte y retirar el lodo sólido en lugar de seguirlo tratando en el digestor.
  • La misma acción biológica no es instantánea y puede proceder de manera lenta para algunos compuestos incluso si no son contaminantes recalcitrantes.
  • Aunque una comunidad heterogénea de microorganismos es particularmente buena para consumirse a sí misma comparada con una población de microorganismos de una sola especie, como todo rendimiento decreciente llega un punto en que la reducción de biomasa no aumenta en forma significativa con el nivel de tratamiento.

Aceptar que habrá residuos sólidos para someter a una disposición final no equivale a permitir cualquier calidad en ellos. Los parámetros a evaluar en la norma NOM-004 están pensados principalmente desde el punto de vista de salud pública, para que los lodos descargados no propicien la propagación de enfermedades.

Existen dos clasificaciones de los lodos descargados: una en función de su contenido de metales y otra en función de su carga microbiana. Una vez que el análisis del lodo lo haya categorizado en estas dos clasificaciones, se declara el uso permisible del lodo, el cual puede ser uso urbano con contacto directo, indirecto y uso forestal. Aparte de estas clasificaciones, el lodo deberá probar por uno de varios métodos que no propiciará la proliferación de fauna nociva.

Muestreo

Siendo un medio líquido, el muestreo en agua es relativamente sencillo en el sentido que se puede dar por sentada su homogeneidad espacial y esperar que la porción muestreada sea equivalente a la totalidad del líquido. En lodos que se encuentran dispuestos en forma sólida, es necesario tomar porciones de diferentes puntos y mezclarlas mecánicamente para asegurar que las propiedades de la muestra tomada corresponden al promedio del lodo generado en particular.

En forma sólida, el muestreo requiere tomar de diferentes puntos y mezclar bien.

Durante el muestreo de un lodo sólido, el área donde se encuentran dispuestos se divide en 4 a 8 secciones y se toman 5 kg de cada una para tener una totalidad de 40 kg en un montículo. Este montículo se cuartea dos veces para tener una porción que se usa para llenar los recipientes de muestreo y otra para determinar el peso volumétrico (el peso volumétrico se usa para estimar las cantidades en masa y volumen producidas por el generador).

Cuando el lodo se muestrea en forma líquida el punto de muestreo suele ser el digestor aerobio donde se encuentra antes de someter a un proceso de deshidratación y secado. En estos casos se procura tomar en un punto de mezclado óptimo y se recolecta en un tambo de acero inoxidable antes de llenar los recipientes de muestreo.

El lodo en forma líquida puede muestrearse de forma similar al agua.

Los sólidos

Ya que el contenido de humedad en el lodo es sumamente variable, expresar las concentraciones de contaminantes en función de la cantidad total absoluta del lodo es poco informativo. En el laboratorio se determinan los sólidos totales (el complemento de la humedad) como porcentaje para poder expresar el resto de los resultados sobre la base seca.

Para algunos fines de tratamiento y disposición, es útil conocer los sólidos volátiles para poder estimar la proporción de materia orgánica presta a degradarse, por lo que el análisis de sólidos volátiles es parte del catálogo.

Ambos tipos de sólidos se determinan por gravimetría.

Metales

Siendo elementos de la tabla periódica, los metales no se degradan y transforman en ningún otro producto inocuo durante el tratamiento del agua, de forma que si no se descargan en el agua necesariamente estarán presentes en los lodos primarios o secundarios del efluente.

Los metales regulados en los lodos y biosólidos son zinc, cobre, cromo total, níquel, plomo, arsénico, cadmio y mercurio. El método para medir la concentración de estos metales en el lodo es provisto por la misma norma 004.

Microorganismos

Debido a la naturaleza del origen de las aguas residuales y su método de tratamiento, el lodo generado puede contener una gran densidad de microorganismos. La norma 004 regula la concentración de coliformes fecales, Salmonella spp. y Huevos de Helminto. La clasificación de los lodos por el contenido de estos microorganismos se hace a tres niveles y determina los usos que se le pueden dar en su disposición final.

Un lodo estabilizado correctamente no deberá atraer organismos vectores de enfermedades.

Proliferación de vectores

De manera inmediata concierne que un lodo que se aplica al suelo no ocasione la proliferación de fauna nociva como moscas o cucarachas. Desde este punto de vista, un lodo atrae a estos animales si es que contiene suficiente sustrato que les sirva como alimento y, por lo tanto, la norma 004 exige al generador que demuestre que el contenido de sustratos alimenticios del lodo generado sea lo suficientemente bajo como para que no atraiga vectores.

Existen una serie de estrategias señaladas en la norma para demostrar la no proliferación de vectores. Algunas de ellas implican métodos específicos de tratamiento y otras señalan el resultados de análisis de sólidos totales y volátiles o la Tasa Específica de Absorción de Oxígeno.