Utilización de biosólidos para la recuperación
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1. biocombustible De acuerdo con la EPA y la Asociaci n Methane to Markets en 2005 las emisiones mundiales de gas metano CH fueron equivalentes a 6 407 millones de toneladas de di xido de carbono CO de las cuales el 60 provienen de fuentes antropog nicas siendo las m s contaminantes Estados Unidos China Uni n Europea Rusia India Brasil M xico Ucrania e Indonesia responsables de casi la mitad de todas las emisiones antropog nicas mundiales de metano La reducci n de emisiones de metano tiene beneficios energ ticos ambientales y econ micos puesto que constituye una fuente de combustible renovable para la recuperaci n energ tica mejorando la calidad ambiental de las comunidades locales cercanas a las PTAR Utilizaci n de bios lidos para la recuperaci n energ tica en M xico Tabla 2 Gases de efecto invernadero GEI y su potencial de calentamiento Potencial de A os de vida Gas de efecto invernadero z gt calentamiento eq en la atmosfera a os CO l 200 a 450 12a I5 Unidad de medici n utilizada para indicar el potencial de calentamiento global de los GEI en comparaci n con el CO Emisi n de GEI por lodos residuales en M xico Las actividades relacionadas con las aguas residuales generan a escala mundial el 9 del gas metano emi tido a la atm sfera Se estima que M xico emiti 4 637 millones de toneladas en 2006 de las cuales el 13 5 se debi a las actividades relaci2. ctrica 3 39 Energ a Metano Energ a Energ a generada Proeesa Temperatura por m producida producida por una CC retenci n de lodos de biog s biog s metano PTAR Kwh Kwh de 500 Ips kwh mes Mesof lico 335 430 Termof lico 400 838 Dise o de tanques digestores anaerobios El dise o de los reactores o digestores anaer bicos depende del tiempo requerido para que los lodos residuales sometidos a digesti n se estabilicen reduzcan su volumen y generen el m ximo potencial de biog s Por ello es necesario considerar el tiempo de retenci n suficiente como parte del dise o de los tanques reactores y controlar las condiciones y par metros presentados en la tabla 3 que intervienen durante su operaci n En el caso del dise o de digestores anaer bicos con flujo continuo o semicontinuo se requiere determinar la tasa de carga de lodos residuales B el tiempo de retenci n deseado TR d as para alcanzar la producci n m xima de biog s la cantidad diaria de lodos que se desean digerir Q m d la concentraci n de s lidos vol tiles por metro c bico de lodos kg m yV el volumen del tanque reactor m ecuaci n 2 Utilizaci n de bios lidos para la recuperaci n energ tica en M xico TR 2 Para determinar el volumen ecuaci n 3 V C L d a xTR d as 3 Donde V es el volumen del digestor m C la cantidad diaria de lodos resid
3. n del porcentaje total de CH con la finalidad de potenciar la producci n de energ a el ctrica y de que los equipos donde se lleve a cabo la combusti n del gas y la generaci n de energ a el ctrica tengan mayor tiempo de vida Adem s el CO inhibe la combusti n por lo que disminuye en un 50 la capacidad del motor donde esta se realice Por su parte el H S es sumamente corrosivo por lo que al no extraerlo del biog s e intro ducirlo en el motor de combusti n el tiempo promedio de vida del equipo es de 4 meses a a o dependiendo de la cantidad de H S que contenga el biog s Existen diversas tecnolog as para la depuraci n del biog s pero la m s utilizada es la del carb n acti vado ya que es sencillo de utilizar y eficiente en su tasa de remoci n Una vez que el biog s es depurado se inyecta en un motogenerador en turbinas de gas o microtur binas para cualquiera de estos equipos la eficiencia de producci n de energ a el ctrica var a del 20 40 de eficiencia se puede aumentar la eficiencia si se utilizan sistemas de cogeneraci n donde se combinen la producci n de calor y electricidad Para determinar el equipo adecuado a utilizar es necesario calcular el potencial de generaci n el c trica mediante la ecuaci n 5 w MbXLHV 5 n Producci n Limpia Julio Diciembre de 2012 Vol 7 No 2 R Rojas et al 74 94 Donde W es la potencia estimada del equipo Mb el consumo de biog s o de
4. to de lodos residuales y su recuperaci n energ tica disminuyendo la cantidad de GEl emitidos a la atm sfera y producir energ a el ctrica renovable La recuperaci n de energ a por medio de digesti n anaerobia Uno de los m todos para lograr la estabilizaci n de lodos residuales es la digesti n anaer bica la cual se realiza en ausencia de ox geno y genera biog s gas compuesto principalmente por metano di xido de carbono y nitr geno el cual puede ser utilizado como combustible para la producci n de energ a el ctrica A su vez los sistemas de digesti n anaer bica son eficientes para la reducci n de volumen de los lo dos residuales y la carga org nica que contienen Sin embargo existen inconvenientes como inversi n inicial mantenimiento del equipo control estricto de los par metros de digesti n y operaci n por personal capacitado que hay que considerar para hacer eficiente el sistema y lograr el aprovechamien to ptimo del biog s producido Tambi n es posible generar energ a el ctrica por medio de la implementaci n de digesti n anaer bica como parte del tratamiento secundario utilizado en las PTAR como es el caso de la PTAR de Le n Guanajuato que inici operaciones en mayo de 201 Esta PTAR cuenta con un sistema de cogenera Producci n Limpia Julio Diciembre de 2012 Vol 7 No 2 R Rojas et al 74 94 ci n para la producci n de energ a y la utilizaci n del calor producido durante la dig
5. 6 CLARKE B 8 SMITH S Review of emerging organic contaminants in biosolids and as sessment of international research priorities for the agricultural use of biosolids En Envi ronmental International 201 Vol 37 p 226 247 ITALIA UNIVERSIDAD DE FERRARA UNIFE Reuse of drinking water treatment plants sludges in agriculture problems perspectives and limitations Italia UNIFE 2000 p 7
6. Nacional chileno CNC en 2009 public el decreto mediante el cual se establece el reglamento para el manejo de los lodos residuales generados por las PTAR En este se considera la clasificaci n sanitaria para el re so de lodos residuales y sus diferentes aprovechamien tos as como los lugares en los que deber n de disponerse cuando estos sean considerados como residuos peligrosos por su composici n Adicionalmente hace referencia a los diferentes tratamien tos mediante los cuales pueden ser estabilizados los lodos residuales y los clasifica de acuerdo con su composici n fisicoqu mica para poder ser aprovechados en tres categor as A B y C considerando que el bios lido con mayor calidad y que se puede aprovechar para m s usos es el A La legislaci n usualmente es un reflejo de las necesidades detectadas por cada pa s Los pa ses desa rrollados conocen el problema ambiental y de salud p blica que representan los lodos residuales por lo que su legislaci n es espec fica mientras que los pa ses en v as de desarrollo consideran que los lodos residuales pueden ocasionar problemas por lo que deben regularse sin embargo no son espe c ficos pues dan prioridad a legislaci n que tenga que ver con cuestiones de alimentaci n y atenci n a la pobreza Legislaci n mexicana La Ley General para la Prevenci n y Gesti n Integral de los Residuos clasifica los lodos residuales como un residuo s lido urbano y los considera como
7. a el ctrica De acuerdo con el reporte t cnico de Infantes el potencial de generaci n de biog s es de 0 31 m por kilogramo de lodos residuales por lo que m de biog s tiene el potencial de generaci n de 5 5 6 kilowatt hora Kwh el potencial de generaci n de energ a el ctrica depender del porcentaje de gas metano que contenga el biog s Para aprovechar mejor el biog s como fuente para la producci n de energ a el ctrica es necesario limpiar el biog s quitando principalmente el contenido de CO y de H S con la finalidad de obtener CH casi puro y aumentar la eficiencia energ tica El potencial de generaci n de m de CH es de 9 8 10 4 Kwh De acuerdo con la informaci n anterior el empleo de biog s libre de impurezas tendr a el potencial de producir suficiente energ a para abastecer los requerimientos del propio sistema de digesti n anaer bico y los requerimientos energ ticos de una PTAR con capacidad de 500 litros por segundo y un gasto energ tico anual promedio de 350 000 kwh En la tabla 4 se realizan los c lculos para la producci n de energ a el ctrica de acuerdo con los dife rentes procesos mediante los cuales se puede llevar a cabo la digesti n anaer bica considerando el tiempo de retenci n como caracter sticas principal para la obtenci n de biog s metano Tabla 4 Procesos de digesti n anaer bica y su eficiencia para la producci n de biog s y potencial de generaci n de energ a el
8. actores involucrados en el manejo trata miento y disposici n de los lodos residuales Adicionalmente es necesario adelantar estudios sobre el manejo y aprovechamiento de lodos resi duales en M xico con la finalidad de tener datos espec ficos sobre la cantidad de lodos residuales generados y los tratamientos que cada PTAR maneja con la finalidad de crear nuevos sistemas y tecnolog a que ayuden a disminuir la emisi n de GEI los problemas a la salud de los habitantes cer canos a las PTAR y de sus trabajadores reducir los costos de operaci n de las PTAR y contribuir a la generaci n de energ a el ctrica renovable De lo anterior surge la importancia de la incorporaci n de proyectos e instalaci n de sistemas de digesti n anaer bica y plantas de biog s para la recuperaci n energ tica no solo en las PTAR p bli cas y privadas existentes actualmente en M xico sino la incorporaci n de estos sistemas desde la realizaci n del proyecto de construcci n de nuevas PTAR ya que esto implicar a que la instalaci n de cualquier PTAR en M xico contemple una operaci n integral es decir no solo del agua residual a tratar sino tambi n de los residuos que se generan Producci n Limpia Julio Diciembre de 2012 Vol 7 No 2 R Rojas et al 74 94 Lo anterior permite que los lodos residuales o bios lidos generados en las PTAR sean aprovechados de manera ben fica reduciendo as el impacto ambiental y social que estos pudiesen t
9. dos sistemas flujo continuo y por lote las caracter sticas de los bios lidos obtenidos son las mismas y el tiempo de retenci n y la temperatura son igualmente importantes para la producci n de biog s sin embargo el sistema de digesti n por lote es m s estable y tiene un mayor rendimiento debido a que la agitaci n de los lodos es intermitente por lo que se logra una mayor degradaci n El tiempo de retenci n m nimo para que se obtenga biog s es de 20 d as a una temperatura interna de 37 5 C y el m ximo potencial de generaci n de biog s se logra a los 40 d as a la misma temperatura Por ello el tiempo de retenci n para extraer el m ximo biog s de la fermentaci n de lodos es de 40 d as Para las PTAR esto puede representar un problema ya que la cantidad de lodos generados es usualmente alta y continua y no se pueden tener los lodos almacenados m s de 20 d as un alma cenamiento mayor implicar a un aumento en el tama o de los digestores del sistema y por lo tanto una inversi n mayor Producci n Limpia Julio Diciembre de 2012 Vol 7 No 2 R Rojas et al 74 94 En el caso del biog s obtenido a partir de la digesti n anaer bica de lodos residuales el contenido es del 60 al 70 30 34 3 cantidad que se ver afectada por las condiciones y par metros mencionados en la tabla 3 El biog s es un gas biocombustible limpio y barato por lo que puede utilizarse como fuente para la generaci n de energ
10. infraestructura para la reducci n y estabilizaci n de lodos cuentan con un control sobre su cantidad y calidad as como de su disposici n final y o aprovechamiento En contraste los pa ses en v as de desarrollo no consideran los lodos residuales como un residuo a tratar lo que da como resultado una nula inversi n en infraes tructura para su tratamiento y no cuentan con un control y datos estad sticos sobre las cantidades generadas y su disposici n final Es importante mencionar que en promedio los pa ses desarrollados utilizan un 15 de los bios lidos generados para la recuperaci n energ tica por medio de digestores anaer bicos La energ a produci da es utilizada para abastecer de energ a el ctrica al propio sistema de digesti n as como los reque rimientos energ ticos de la PTAR donde se encuentra instalado el sistema de digesti n anaer bica La conveniencia para la implementaci n de un sistema de biodigesti n anaer bica radica en que re duce en un 24 el volumen de lodos residuales y produce un 25 adicional de energ a por lo que representa una reducci n del 30 en el costo anual de manejo y disposici n de lodos residuales el cual se estima es de aproximadamente el 45 del gasto anual de una PTAR La percepci n social que existe sobre el manejo y aprovechamiento de los lodos residuales es im portante debido a que las PTAR suelen encontrarse instaladas cerca de zonas habitadas por lo que en la realizaci
11. manejo y disposici n final adecuado Con base en lo anterior se han desarrollado propuestas para generar novedosas formas de reutiliza ci n y aprovechamiento de los bios lidos como producci n de biodi sel y utilizaci n como materia prima para construcci n de carreteras y edificios Aunque en los pa ses en v as de desarrollo no se tienen controles estrictos de los lodos residuales generados y de su manejo y disposici n se han realizado proyectos de investigaci n que implican el an lisis de calidad de lodos y elaboraci n de propuestas para lograr su estabilizaci n y aprovecha miento ben fico principalmente como fertilizante de cultivos agr colas y mejorador de suelos No obstante que en Am rica Latina se han generado proyectos a menor escala para la reutilizaci n de bios lidos como materia prima para la producci n de energ a no se cuenta con datos oficiales sobre las cantidades utilizadas y la cantidad de energ a el ctrica producida y su utilizaci n final Lodos residuales en M xico Tan solo en M xico se estima que los lodos residuales generados por las 2 029 PTAR que tratan el 37 de las aguas residuales que se captan en el sistema de drenaje 88 m s es entre 640 000 y 10 millones de toneladas por a o Tal discrepancia se debe a que en ocasiones la cantidad reportada est en peso seco y en otros casos no se menciona el contenido de humedad de tal suerte que no existe un dato oficial sobre la cantidad de
12. n de proyectos de utilizaci n de lodos residuales y bios lidos se deben llevar a cabo reuniones con la comunidad para hacerla part cipe y que conozca sobre las bondades de su reciclaje su reutilizaci n y los beneficios sociales y ambientales que este tipo de proyectos implican La Agencia para la Protecci n Ambiental de Estados Unidos Environmental Protection Agency EPA incluye en sus programas de reuso de bios lidos pl ticas de concienciaci n a la comunidad sobre la importancia de reciclar y reutilizar los bios lidos y ha establecido en su normativa que cualquier proyecto de esta ndole debe involucrar a la comunidad que ser beneficiada con la finalidad de que conozca del tema y forme parte del proyecto Manejo de lodos residuales Diversos autores concuerdan con Snyman en que la disposici n y o aprovechamiento final de los lodos residuales implica un reto econ mico y de ingenier a puesto que el volumen y las cantidades que se generan involucran tanto la inversi n en infraestructura como el desarrollo de tecnolog as que reduzcan su volumen y los estabilicen con la finalidad de reducir o eliminar sus propiedades contaminantes Existen diferentes tratamientos para reducir el volumen y estabilizar los lodos residuales con la fi nalidad de convertirlos en un producto que pierde sus propiedades contaminantes y as poder ser reutilizados Utilizaci n de bios lidos para la recuperaci n energ tica en M xico Los trata
13. p 2791 2794 M XICO SECRETAR A DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES SEMAR NAT Programa Nacional para la prevenci n y gesti n integral de los residuos 2009 2012 M xico D F SEMARNAT 2008 p 174 JIM NEZ B amp WANG L Sludge Treatment and Magament En Municipal Waste Water Management in Developing Countries Principles and Engineering London UK IWA Pu blishing 2006 p 237 292 BEECHER N A Greenhouse gas emissions analysis of biosolids management options for Merrimack NH New Hampshire EUA North East Biosolids and Residuals Association NEBRA 2008 p 35 ESTADOS UNIDOS ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY EPA Biosolids Tech nology Fact Sheet Land Application of Biosolids Manual Washington EPA 2000 p 99 N EZ D Wastewater treatment and sewage sludge management in Galicia Agricultural and environmental aspects En EJEAFChe 2002 Vol 1 N p 23 29 DOH NYOS M amp ZABRANSK J Anaerobic digestion En Sludge into biosolids Proces sing Disposal Utilization L Spinosa P A Vesilind Eds London UK IWVA publishing 2001 p 223 241 DEUBLEIN D amp STEINHAUSER A Biogas from Waste and Renewable Resources An In troduction 2 ed Wiley VCH Verlag GmbH amp Co KGaA Weinheim Alemania 201 p 520 ESTADOS UNIDOS ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY EPA AND METHA NETO MARKETS Emisiones mundiales de metano y oportunidades de atenuaci n Wash ington Environmental P
14. para la construcci n En Sud frica desde 1997 se establecieron los criterios de calidad y composici n de los bios lidos con la finalidad de poder ser aprovechados y son clasificados en cuatro tipos de acuerdo con el tratamiento que recibieron A no requiere tratamiento por su calidad B tratamiento de digesti n aer bica C tratamiento mediante digesti n anaer bica compostaje irradiaci n y pasteurizaci n y D lo mismo que para C pero con menor contenido de metales pesados China basa su legislaci n en la aplicaci n de bios lidos como fertilizante agr cola y mejorador de suelos controlando la duraci n y cantidad que es aplicada en t rminos de la textura tanto del suelo como del bios lido y del nivel del agua subterr nea la legislaci n es muy estricta con respecto a los m ximos permisibles de metales pesados y no establece l mites para organismos pat genos Brasil toma como referencia la clasificaci n que establece la EPA tanto para utilizaci n de bios lidos de acuerdo con su calidad como para l mites m ximos permisibles de pat genos y de metales pesados En cambio Guatemala cuenta con reglamentaci n sobre el re so y disposici n de lodos pero no contempla regulaciones sobre los tratamientos Por su parte en Nicaragua el manejo y disposici n de los lodos residuales debe realizarse conforme las recomendaciones que en su momento emita la comisi n de medio ambiente En cuanto a Chile el Congreso
15. Art culo de revisi n Review article Artigo de revis o Producci n Limpia Julio Diciembre de 2012 Vol 7 No 2 74 94 Utilizaci n de bios lidos para la recuperaci n energ tica en M xico Rebeca Rojas Remis Leopoldo G Mendoza Espinosa Use of biosolids for energetic recovery in Mexico Utiliza o de bios lidos para a recupera o energ tica no M xico RESUMEN El aumento de la poblaci n en M xico ha hecho que se incremente la red de agua potable y drenaje ello ha dado lugar a la construcci n de plantas de tratamiento de aguas residuales PTAR lo que ha implicado mayor tratamiento de agua residual y a su vez un incremento en la cantidad de lodos residuales producidos Los lodos residuales representan un problema ambiental por las cantidades vol menes y contaminaci n que generan sin embargo pueden aprovecharse para producir energ a el ctrica por medio de sistemas de digesti n anaer bica tan solo en M xico se generan alrededor de 640 000 toneladas anuales de lodos residuales El alcance del presente art culo es realizar un an lisis desde un punto de vista interdisciplinario a escala mundial sobre la utilizaci n de bios lidos para la producci n de energ a y que sirva como base para el desarrollo de proyectos de esta ndole en M xico Palabras clave lodos residuales gas metano digesti n anaer bica generaci n de energ a Art culo derivado del proyecto de tesis doctoral Potencial d
16. a a cabo a temperaturas entre los 25 37 C y se puede manejar mediante digesti n anaerobia de una etapa solamente con un digestor o de dos etapas dos digestores uno para la etapa de acidog nesis y otro para la etapa de metanog ne sis ya sean de flujo continuo o por lote Los bios lidos que se obtienen como resultado del proceso mesof lico con un tiempo de retenci n de 15 d as a una temperatura entre 35 45 C o 60 d as a 20 C son de Clase B seg n la NOM 004 SEMARNAT 2002 debido a que la remoci n de pat genos y coliformes fecales es baja Utilizaci n de bios lidos para la recuperaci n energ tica en M xico El proceso termofilico se realiza a temperaturas entre los 38 65 C con un tiempo de retenci n de 20 22 d as ya que la temperatura genera mayores reacciones bioqu micas y permite que la digesti n se realice en menor tiempo utilizando digestores de menor tama o y se obtienen bios lidos Clase A 4 0 El problema que se presenta con este tipo de proceso es que requiere de mayor energ a para mantener la temperatura desprende olores es inestable y el tiempo para su estabilizaci n al inicio de la operaci n puede llegar a ser de varios meses Cualquiera de los dos procesos anaer bicos genera en menor o mayor cantidad biog s y su pro ducci n depender de las condiciones y par metros de operaci n del digestor anaer bico que se muestran en el tabla 3 los cuales hay que controlar para garantizar no solo la
17. as productos para el cuidado personal y de limpieza del hogar contaminantes emergentes al ser desechados por medio de la excreta y orina o tirarse en las alcantarillas se incorporan a las aguas residuales estos contaminantes por su composici n qu mica son dif ciles de extraer tanto del agua como de los lodos resultantes de su tratamiento lo que implica que disminuya su calidad y por lo tanto el potencial de poder ser reutilizados o aprovechados Lo anterior implica que el contenido de materia org nica de materia inorg nica y de contaminantes emergentes presentes en los lodos residuales y bios lidos aumente incrementando su volumen y su calidad as como la dificultadad de su tratamiento para que no causen un riesgo a la salud o al ambiente cuando estos sean aplicados como fertilizante agr cola mejorador de suelos o en rellenos a cielo abierto Por lo anterior de acuerdo con la Universidad de Ferrara Italia UNIFE es importante no solo di se ar programas y tecnolog a para el manejo de lodos residuales y de los aspectos de resoluci n del problema una vez que estos se generen sino que se considere el prevenir su generaci n en grandes cantidades lo que ayudar a a reducir los costos de manejo y los riesgos presentes a la salud La manera en la que se puede prevenir la generaci n de lodos residuales y bios lidos con altos con tenidos de materia org nica y de otros contaminantes es el cambio en el consumo de productos
18. as bacterias y dem s microorganismos pat genos que pueden llegar a generar De ah que los lodos residuales a su vez deban ser tratados para eliminar disminuir o transformar estos elementos y que no representen un riesgo para la salud ni el medio ambiente Producci n Limpia Julio Diciembre de 2012 Vol 7 No 2 R Rojas et al 74 94 Sin embargo el problema generalizado con respecto al manejo de lodos residuales radica en que es tos no son considerados un tema importante en las pol ticas p blicas del manejo de residuos y por lo tanto ni se controlan ni se tratan adecuadamente convirti ndose en un problema de contaminaci n ambiental y de salud p blica de las ciudades Existen diferentes tratamientos para lodos residuales que se utilizan con la finalidad de reducir su volumen y estabilizarlos es decir que los lodos pierdan sus propiedades contaminantes y que puedan ser reutilizados o aprovechados Una vez que los lodos se encuentran estabilizados son denominados bios lidos y pueden ser aprovechados con diferentes prop sitos composta fertilizantes mejorador de suelos reutilizaci n en procesos industriales y producci n de energ a el ctrica En el Atlas global para el manejo de la excreta lodos residuales y bios lidos publicado en el 2008 por Uni ted Nations Human Settlements Programme UN HABITAT y la Comisi n Canadiense del manejo de lodos se especifica que los pa ses desarrollados usualmente invierten en
19. chamiento o reutiliza ci n como materia prima para muchos prop sitos sea ben fica y no cause alg n riesgo para su salud Por lo anterior hay que transmitir los beneficios que se tienen al aprovechar los lodos residuales y de implementar sistemas de digesti n anaer bica Adem s en M xico hace falta que se trabaje en la elaboraci n de regulaciones que incluyan controles y l mites m s estrictos para la estabilizaci n y control de los lodos residuales as como la estandari zaci n de procedimientos para la instalaci n y operaci n de sistemas de recuperaci n energ tica de lodos Los pa ses desarrollados cuentan con legislaci n detallada sobre el manejo aprovechamiento y dispo sici n de los lodos residuales y bios lidos e invierten en infraestructura que les permita minimizar los riesgos a la salud y los problemas ambientales lo que posibilita que aprovechen entre el 50 y el 80 de sus bios lidos de manera ben fica Las leyes y reglamentos facilitan llevar un control sobre las cantidades generadas los tratamientos y el aprovechamiento final de los bios lidos Hace falta desarrollar investigaci n y trabajos interdisciplinarios ya que de acuerdo con la revisi n de referencias analizadas los proyectos de investigaci n se dedican solamente a abordar el tema de los sistemas de digesti n anaer bica desde una disciplina sin considerar la integraci n del conocimiento que permita realizar proyectos que contemplen a todos los
20. de generar nuevas tecnolog as para el tratamiento del agua residual y de sus lodos es necesario que se apoye la investigaci n y desarrollo tecnol gico para aumentar la calidad del agua tratada y de los bios lidos para que puedan ser aprovechados en nuevos procesos productivos Aspectos legales del manejo de lodos residuales y bios lidos La necesidad de regular el manejo de los lodos residuales su tratamiento aprovechamiento y dispo sici n radica en la importancia de mitigar los efectos negativos al medio ambiente efectos nocivos a la salud y riesgos al ser reutilizados o aprovechados de diversas formas En los ltimos 10 a os a escala mundial se ha incrementado en un 50 la producci n de lodos resi duales debido a las exigencias ambientales para el tratamiento de las aguas residuales con la finalidad de disminuir los impactos ambientales al ser descargadas en cuerpos de agua En el caso de la Uni n Europea desde 1992 se han emitido reglamentaciones con la finalidad de reu tilizar los lodos residuales lo cual gener que en 2006 se emitiera una ley general para la reutilizaci n y aprovechamiento de los lodos residuales con la finalidad de promover entre los pa ses europeos la elaboraci n de reglamentos locales que lograra obligar a las PTAR dar tratamiento de sus lodos residuales para ser aprovechados como bios lidos La implementaci n de esta ley y sus reglamentos particulares ha logrado que en al menos 7 pa ses pertenecien
21. de manejo especial por lo que hay que dispo nerlos adecuadamente seg n sus propiedades contaminantes De acuerdo con la NOM 004 SEMARNAT 2002 todas las PTAR deben analizar los lodos residuales generados en periodos de acuerdo con las cantidades generadas mensualmente y considerando l mi Producci n Limpia Julio Diciembre de 2012 Vol 7 No 2 R Rojas et al 74 94 tes m ximos permisibles para el contenido de metales pesados microorganismos pat genos y an lisis CRETIB corrosividad radioactividad explosividad toxicidad y biol gico infecciosos de acuerdo con la NOM 087 SEMARNAT SSA 2002 y la NOM 053 SEMARNAT 1993 con la finalidad de clasifi carlos y poder aprovecharlos sin poner en riesgo la salud o el medioambiente Como todo residuo s lido los lodos residuales una vez analizados en caso de no cumplir con los pa r metros establecidos por la NOM 004 SEMARNAT 2002 o el an lisis CRETIB deben ser tratados como residuo peligroso y ser dispuestos en confinamientos o vertederos controlados y especificados para la depositaci n de este tipo de residuos de acuerdo con la NOM 052 SEMARNAT 2005 En el caso de la normativa mexicana no existe regulaci n sobre los tratamientos a los que se deben some ter los lodos residuales con la finalidad de convertirlos en bios lidos ni para su construcci n y operaci n Por tanto en el caso de la utilizaci n de los bios lidos como materia prima para la generaci n de ener
22. e los lodos residuales resultantes Recolector o KANUS Gasom etro Regulador Valyula S f Tanque N amp k CH4 Bomba para or gas Sens D Filtro de H2S Filtro de C02 Sensor Reactor TD biodigestor Mal ed A Tanque Fertilizante receptor Bomba de Moto succi n Generador de CH4 Tablero de Tablero de Fuerza y distribuci n Control e eer e ee Figura l Sistema de digesti n anaer bica con depuraci n de biog s para producci n de energ a el ctrica a partir de la combusti n del metano Fuente elaboraci n propia Factibilidad financiera de aprovechamiento de lodos residuales como fuente de energ a Como se mencion con anterioridad el tratamiento y disposici n de los lodos residuales y bios lidos es un problema econ mico y serio en el mundo que se incrementa proporcionalmente al crecimien to demogr fico por lo que implica un reto generar y encontrar formas de solucionar los problemas derivados de este residuo que sean innovadoras costeables y eficientes principalmente porque en Utilizaci n de bios lidos para la recuperaci n energ tica en M xico un futuro las restricciones de calidad de los lodos ser n mayores por lo que el grado de tratamiento deber ser mejorado Se calcula que en los Estados Unidos y en pa ses desarrollados la inversi n necesaria para la instala ci n de un sistema de digesti n anaer bica e
23. e recuperaci n energ tica empleando bios lidos como materia prima en Ensenada B C elaborado entre febrero de 2011 y agosto 2012 Maestra en Docencia M D estudiante del Doctorado en Medio Ambiente y Desarrollo Universidad Aut noma de Baja California Ensenada Baja California M xico Doctor Investigador Titular Universidad Aut noma de Baja California UABC Ensenada Baja California M xico Correspondencia Rebeca Rojas Remis e mail reberemis Yhotmail com Art culo recibido 05 09 2012 Art culo aprobado 21 11 2012 Utilizaci n de bios lidos para la recuperaci n energ tica en M xico ABSTRACT The population increase in Mexico has demanded an increase of the drinking water and sewer nets This has brought the construction of waste water treatment plants VWVWTP a fact that has generated more waste water treatment and at the same time an increase of the waste sludge produced Waste sludge is an environmental problem given the quantities volumes and contamination it generates Sludge can be used to produce electric energy though by the use of anaerobic digestion systems For instance Mexico alone generates about 640 000 tons of waste sludge a year The scope of this article is to analyze from an interdisciplinary viewpoint at a world scale the use of biosolids to produce energy and be the basis to develop such type of projects in Mexico Key words Waste sludge methane gas anaerobic digestion energy generat
24. ener Agradecimientos Se agradece al CONACYT por la beca otorgada para la realizaci n de los estudios de Doctorado en Medio Ambiente y Desarrollo as mismo a los Docentes de la Universidad Aut noma de Baja Califor nia por su apoyo para la realizaci n del proyecto Potencial de recuperaci n energ tica empleando bios lidos como materia prima en Ensenada B C y al Director de tesis Dr Leopoldo Mendoza Espinosa por su apoyo REFERENCIAS BIBLIOGR FICAS M XICO COMISI N NACIONAL DEL AGUA CONAGUA Agenda del agua 2030 2011 p 70 ORTIZ M GUTI RREZ M and S NCHEZ E Propuesta de manejo de lodos residuales de la Planta de tratamiento de la ciudad industrial del Valle de Cuernavaca Estado de Morelos M xico En Revista Internacional de Contaminacion Ambiental 1995 Vol 11 N 2 p 105 115 DAGUER G Gesti n de bios lidos en Colombia En Congreso internacional ACODAL sociedad ambiente y futuro 29 31 octubre Colombia Memorias Santiago de Cali 2003 GHAZY M DOCKHORN T amp DICHTL N Sewage Sludge Management in Egypt Cu rrent Status and Perspectives towards a Sustainable Agricultural Use En World Academy of Science Engineering and Technology 2009 Vol 57 p 492 500 PROGRAMA DE LAS NACIONES UNIDAS PARA LOS ASENTAMIENTOS HUMANOS COMISI N CANADIENSE PARA EL MANEJO DE LODOS Y COMISI N DE ALCAN TARILLADO Y LODOS RESIDUALES UN HABITAT Global atlas of excreta wastewater sludge and biosolids
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26. esti n La energ a producida ser suficiente para satisfacer el 75 de la demanda energ tica de la PTAR para operar La inversi n realizada se pretende recuperar en los pr ximos 10 a os Digestores anaer bicos para el tratamiento de lodos residuales Tradicionalmente los digestores anaer bicos se pueden dividir en digestores de primera generaci n de segunda generaci n y de tercera generaci n Los de primera generaci n son los que m s com nmente se utilizan por sus bajos costos de inversi n y operaci n e incluyen laguna anaer bica tanques s pticos modelo hind modelo chino de mezcla completa sin recirculaci n y de mezcla completa con recirculaci n Los digestores anaer bicos de segunda generaci n son filtro anaer bico manto de lodo granular de circulaci n interna hibrido flujo de pist n horizontal y ggeomembrana Por ltimo se encuentran los digestores anaer bicos de tercera generaci n los cuales se clasifican en lecho fluidizado y de manto de lodo granular expandido Independientemente del distinto funcionamiento de los digestores anaer bicos existen configura ciones construcci n de los reactores de biodigesti n que afecta los par metros y la forma de operaci n Tradicionalmente los digestores anaer bicos en Estados Unidos y Canad son de forma cil ndrica y est n construidos en concreto la dimensi n del cilindro dificulta el mezclado y la distri buci n uniforme del calo
27. g a el ctrica no existe una normativa espec fica La Comisi n Federal de Electricidad CFE que regula la generaci n y distribuci n de la energ a el ctrica en el pa s permite generar energ a el ctrica para consumo propio pero no para su posible distribuci n o venta por lo que la energ a excedente debe ser reincorporada a las l neas el ctricas propiedad de CFE sin beneficios adicionales por ingre sos econ micos para la instituci n o empresa generadora de energ a el ctrica m s que la del incen tivo de disminuir los gastos energ ticos por consumo u operaci n La legislaci n mexicana debiera incluir las regulaciones necesarias para exigir que todos los lodos residuales reciban un proceso de estabilizaci n que permita aprovecharlos en diferentes usos sin que presenten un riesgo para la salud Adicionalmente M xico debe implementar la normativa para la construcci n y operaci n de sistemas de digesti n anaer bica que permitan recuperar la energ a con la finalidad de disminuir los gastos energ ticos y operativos de las PTAR y contribuir a la producci n de energ a renovable Prevenci n de generaci n de lodos residuales Como se mencion anteriormente los lodos residuales est n compuestos por distintos tipos de con taminantes com nmente conocidos metales pesados qu micos y microbiol gico adicionalmente el empleo de diversos productos entre los que se encuentran f rmacos con esteroides medicamentos hormon
28. ion n Aa RESUMO O aumento da popula o no M xico fez que se incremente a rede de gua pot vel e drenagem isso deu lugar construc o de plantas de tratamento de guas residuais PTAR o que implicou maior tratamento de gua resi dual e a sua vez um incremento na quantidade de lodos residuais produzidos Os lodos residuais representam um problema ambiental pelas quantidades volumes e contamina o que geram no entanto pode aproveitar se para produzir energia el trica por meio de sistemas de digest o anaer bia t o s em M xico se geram ao redor de 640 000 toneladas anuais de lodos residuais O alcance do presente artigo realizar uma an lise desde um ponto de vistas interdisciplinares a escala mundial sobre a utiliza o de bio s lidos para a produ o de energia e que sirva como base para o desenvolvimento de projetos desta ndole em M xico Palavras importantes lodos residuais g s metano digest o anaer bia gerac o de energia e An INTRODUCCI N Al igual que el resto del mundo la crisis del agua en M xico se debe entre otras cosas al incremento y concentraci n de la poblaci n El desarrollo econ mico del pa s ha permitido el crecimiento de las redes de agua potable y drenaje y un aumento en la construcci n de PTAR que permiten tratar las aguas residuales hasta niveles aceptables Es de esperarse que el empleo de estas aguas en la agricul tura riego de parques y jardines y recarga de acu fe
29. lodos residuales y bios lidos generados Adicionalmente los reportes no incluyen informaci n sobre el tratamiento que reciben los lodos residuales su disposici n y o aprovechamiento final De acuerdo con Jim nez y Wang de las 640 000 toneladas de lodos residuales que se generan el 51 es estabilizado mediante digesti n anaer bica sin embargo no se recupera el biog s generado durante este proceso ya que el 76 de los lodos residuales independientemente de su tratamiento es depositado como relleno a cielo abierto Como se muestra en la tabla M xico y otros pa ses de Am rica Latina en comparaci n con otros pa ses desarrollados no lleva un control sobre la cantidad de lodos que se generan los tipos de trata miento y la disposici n final que cada PTAR utiliza Producci n Limpia Julio Diciembre de 2012 Vol 7 No 2 R Rojas et al 74 94 Tabla Generaci n de lodos residuales bios lidos en M xico y el mundo y su aprovechamiento para la recuperaci n energ tica Lodos bios lidos Pa s generados millones Ton a o Cantidad depositada como Cantidad utilizada para relleno en tierra recuperaci n energ tica Estados Unidos 5 Canad 7 Uni n Europea 23 China 0 Jap n 5 Brasil 0 M xico 0 Impacto ambiental generado por los lodos residuales La descomposici n de los lodos residuales depositados como relleno en tierra a cielo abierto genera di xido de carbono y metano considerad
30. management moving forward the sustainable and welcome uses of a global resource 2 ed New Brunswick Canada United Nations Human Settlements Pro gramme 2008 632 p MAHAMUD M y GUTI RREZ A Bios lidos generados en la depuraci n de aguas l Plan teamiento del problema En Ingenier a del Agua 1996 Vol 3 N 2 p 47 62 CARDOSO L et al Manejo de lodos residuales en M xico En XXVII Congreso Interame ricano de Ingenier a Sanitaria y Ambiental 3 8 diciembre Brasil Memorias Puerto Alegre Brasil 2003 p l 7 ONYECHE T Economic benefits of low pressure sludge homogenization for wastewater treatment plants En CUTEC Institute 2010 Vol p 417 422 BEECHER N et al Risk Perception Risk Communication and Stakeholder Involvement for Biosolids Management and Research En J Enviromental Qual 2005 Vol 34 p 122 128 SNYMAN H ALEXANDER W amp MARX C Land disposal and agricultural reuse of sewage sludge within the framework of the current south african guidelines En WVISA 2000 Biennial Conference 28 01 mayo junio South Africa Memorias Sun City South Africa 2000 OROPEZA N Lodos residuales estabilizaci n y manejo En Caos Conciencia 2006 Vol 1 p 51 58 Utilizaci n de bios lidos para la recuperaci n energ tica en M xico 20 21 22 23 24 25 26 27 KARGBO D Biodiesel Production from Municipal Sewage Sludges En Energy Fuels 2010 Vol 24
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32. metano seg n este operando el sistema del equipo y LHV el poder cal rico del biog s o del metano El diagrama del sistema de digesti n anaer bica que incluye el aprovechamiento del biog s para gene raci n de energ a el ctrica se presenta en la figura y un sistema de digesti n anaer bica con recu peraci n de biog s para generaci n de energ a el ctrica est constituido por los siguientes equipos tanque recolector se mezcla el material de fermentaci n con agua para obtener la proporci n de mezcla deseada reactor digestor las bacterias al consumir la materia org nica presente producen biog s dep sito de gas se acumula el biog s o el CH tanque receptor dep sito para el lodo residual ya fermentado bios lidos que es desplazado por el biog s filtros de CO y de H S localizados hacia el sitio de consumo o dep sito de biog s moto generador motor que funciona con CH y que hace girar un generador transformando la energ a mec nica del motor en energ a el ctrica tablero de fuerza y control y tablero de distribuci n De acuerdo con el Instituto de Investigaciones El ctricas en M xico existe un potencial de genera ci n de energ a el ctrica de 3 000 MWY proveniente de la utilizando de biog s y de metano obtenido a partir de la digesti n de residuos animales residuos s lidos urbanos y tratamiento de aguas residuales esta mediante la captura de los gases generados durante el sistema de tratamiento y d
33. miento que reciban los lodos residuales ser su capa cidad de generar afectaciones a la salud humana De acuerdo con Cardoso los lodos que reciben un tratamiento mediante la digesti n anaer bica son bios lidos de buena calidad con concentraciones reducidas de materia org nica metales pesados y materia inorg nica por lo que se reducen los ries gos a la salud La aceptaci n social para el aprovechamiento de los lodos residuales es importante debido a que de esto depende su aceptaci n para ser reusado De acuerdo con un estudio de percepci n realizado en Estados Unidos en 2002 el desconocimiento de la gente sobre la existencia de los lodos residuales y su rechazo a ser reutilizados han ocasionado que recientemente se haya acordado que los lodos residuales que pueden aprovecharse ben ficamente se denominen bios lidos esto con la intenci n de no ser tipificado como un residuo negativo En promedio el 71 de los lodos residuales generados en pa ses desarrollados recibe un tratamiento de estabilizaci n sin embargo el 30 de estos bios lidos es depositado en vertederos o en rellenos a cielo abierto lo que implica que seg n Renner los residentes dentro de aproximadamente kil metro a la redonda de las PTAR y de donde se depositan lodos residuales o bios lidos se quejan de erupciones en la piel irritaci n en los ojos y garganta y problemas pulmonares Tambi n se encontr que los pobladores cercanos a las PTAR y
34. mientos para la reducci n de volumen son deshidrataci n e incineraci n El problema con estos tratamientos es que la deshidrataci n nicamente reduce en un 20 el volumen mientras que la incineraci n si bien reduce el volumen en un 80 y elimina los compuestos org nicos t xicos destru ye las bacterias y nutrientes que pudieran ser tiles para usarlo como fertilizante adem s el proceso genera gases de efecto invernadero GEI provocando contaminaci n ambiental considerable y altos costos de operaci n Por su parte los procesos para la estabilizaci n de lodos residuales son digesti n aerobica en donde las bacterias aerobicas consumen la materia org nica digesti n anaer bica en el cual la materia org nica es consumida por bacterias anaer bicas y es posible generar energ a el ctrica mediante la utilizaci n del biog s producido durante la digesti n y tratamiento qu mico que generalmente consiste en a adir cal a los lodos provocando fermentaciones cidas que evitan la proliferaci n de microorganismos En los tres casos anteriores la estabilizaci n est enfocada a eliminar o disminuir la materia org nica presente en los lodos residuales Sin embargo otros compuestos como metales pesados plaguicidas y material inorg nico seguir n presentes por lo que es importante someter los lodos residuales re sultantes bios lidos a un an lisis para determinar si son un residuo peligroso o no y as determinar el tipo de
35. onadas con aguas residuales municipales dando como resultado i Ba a 23 que el promedio de emisi n para el pa s fuese de 1 767 kg de CH por habitante por a o Por su parte de acuerdo con el Protocolo de Kyoto las emisiones de CO en M xico fueron 4 032 millones de toneladas de las cuales el 6 8 fue por actividades relacionadas con el tratamiento de aguas residuales Las emisiones de metano se han incrementado en una tasa promedio anual del 2 De 1990 a 2006 se increment en un 56 el tratamiento de aguas residuales municipales lo que produjo un aumento del 215 5 en las cantidades de lodos residuales generados Dicho aumento se debi al volumen de aguas residuales tratadas en nuestro pa s y a las nuevas pol ticas p blicas establecidas con la finalidad de eliminar eficientemente la materia org nica y contaminantes presentes en el agua Sin embargo a n no se ha considerado incluir en las PTAR sistemas de digesti n anaer bica que permitan la recu peraci n del gas metano para su aprovechamiento como biocombustible ya sea para uso dom stico o como fuente para la producci n de energ a el ctrica En total los tratamientos de digesti n anaer bica aerobica composteo y depositaci n de lodos re siduales como relleno en tierra a cielo abierto contribuyeron con el 10 5 de los GEl generados en el pa s en 20072 En este sentido M xico tiene la oportunidad de adoptar y generar tecnolog a para el aprovechamien
36. os como los principales gases de efecto invernadero GEI Adicionalmente otro efecto de contaminaci n por mal manejo de lodos residuales es la generaci n de olores riesgos ambientales y posibles riesgos a la salud al ser utilizados como fertilizantes agr co las Parad jicamente al ser m s estrictos los controles de tratamiento de aguas residuales es mayor la cantidad de contaminantes que se encuentran en los lodos residuales Por ello como parte del tratamiento de las aguas residuales se tiene que considerar el tratamiento de sus lodos para que de esta forma se reduzca la contaminaci n ambiental que pudieran generar y se incremente su calidad con la finalidad de poder ser aprovechados de manera ben fica La composici n de los gases emitidos por la descomposici n de los lodos residuales llamado biog s est compuesta de 40 75 gas metano 25 40 di xido de carbono y en menor cantidad otros gases como N O H CO y vapor de agua En el caso del gas metano en comparaci n con el di xido de carbono es 23 veces m s eficaz para capturar el calor de la atm sfera Sin embargo su aprovechamiento permite disminuir en menor tiempo el impacto ambiental pues su vida atmosf rica es de solamente 2 a os como se puede ver en el tabla 2 por lo que su aprovechamiento para pro ducir energ a es el medio m s efectivo para disminuir el calentamiento global a corto plazo adem s de poder ser utilizado como fuente de energ a renovable
37. para el cuidado personal y la limpieza del hogar Utilizaci n de bios lidos para la recuperaci n energ tica en M xico CONCLUSIONES Con el fin de garantizar la distribuci n de agua a las nuevas generaciones y que minimice el impacto ambiental por el incremento en los lodos residuales es necesario invertir en el desarrollo de nuevas tecnolog as aplicadas a la soluci n del problema de disponibilidad de agua y al tratamiento de los lodos residuales El utilizar los bios lidos resultantes de distintos sistemas de tratamiento pero en espec fico la digesti n anaer bica permite aprovechar un residuo alto en nutrientes como fertilizante agr cola restaurador de suelos contrarrestar los problemas actuales de desertificaci n elaboraci n de composta aditamento para materiales de la construcci n y como materia prima para la producci n de energ a permite cap turar los GEl generados evitando el contacto directo con los trabajadores y permite hacer uso de una energ a renovable limpia para abastecer los requerimientos energ ticos de las PTAR del sistema de digesti n e incluso en algunos pa ses abastecer de energ a el ctrica a comunidades peque as En M xico hace falta poner atenci n en los lodos residuales ya que aunque se contempla como un residuo s lido urbano la mayor a de la poblaci n no sabe que existe y la que conoce de su existencia no cuenta con la informaci n necesaria por lo que desconf a de que su aprove
38. producci n de biog s sino la estabilidad del digestor y la calidad de los bios lidos que se obtengan como resultado Tabla 3 Condiciones y par metros de operaci n del digestor anaer bico 3 32 Condici n Par metro pH neutro 6 8 7 2 Temperatura mesof lica 25 35 C Temperatura termof lica 37 65 C Tiempo de retenci n TRH 15 27 d as S lidos Vol tiles SV 7 12 Relaci n C N 20 1 30 Relaci n carbono nitr geno en la mezcla de lodos en digesti n El tiempo de retenci n de los lodos residuales en el digestor es importante ya que mientras mayor sea este mayor ser el porcentaje de recuperaci n del biog s De esta manera se tiene que para un tiempo de retenci n de 15 25 d as se obtiene el 75 80 de recuperaci n mientras que de 30 60 d as se logra un 95 100 de recuperaci n del potencial de generaci n de biog s para la cantidad de lodos digerida 3 De acuerdo con el trabajo de Agler el tiempo de retenci n ptimo para lograr una producci n de biog s constante es entre 12 32 d as con una temperatura m xima de 42 C y m nima de 22 C En el caso de que el sistema de digesti n anaer bica sea de flujo continuo alimentaci n diaria de lodos residuales el biog s producido tiene menor cantidad de CH Si la operaci n del sistema de digesti n anaer bica es tipo batch o por lote alimentaci n de una sola vez de lodos residuales el contenido de CH en el biog s es mayor En los
39. r La construcci n t pica est basada en un cilindro inferior y un cilindro con terminaci n c nica en la parte superior que generalmente es m vil tambi n llamados reactores de campana flotante Los digestores europeos son una mezcla entre los digestores norteamericanos y los t picos europeos Son tanques totalmente cerrados con base cil ndrica y la parte superior termina en forma de botella similar a los tanques para acumular agua en las casas Las ventajas de este tipo de digestor son es m s econ mico y la distribuci n del calor es uniforme El digestor en forma de huevo es una versi n mejorada del digestor europeo est construido en concreto mejorado tecnol gicamente y ofrece un funcionamiento en condiciones ptimas pues permite la distribuci n uniforme de calor disminuye la acumulaci n de lodos no digeridos y es m s eficiente en la extracci n de los bios lidos Proceso de digesti n anaer bica La digesti n anaer bica est caracterizada por contar con diferentes fases durante su proceso de degradaci n de los lodos residuales estas fases son hidr lisis acidog nesis acetog nesis y metano g nesis La ecuaci n general que define el proceso de biodegradaci n de los lodos es ecuaci n l CHONS H20 gt CH NH H2S C02 1 Estas cuatro fases se presentan en toda digesti n anaer bica la cual se puede realizar mediante dos procesos mesof lico y termof lico El proceso mesof lico se llev
40. ros vaya en aumento En el 201 se generaron 6 7 mil millones de de aguas residuales y se espera que en 20 a os el volu men de agua tratada sea de 9 2 mil millones de m Esto implica que la generaci n de lodos residuales se incremente de 640 000 toneladas para 201 a 880 000 toneladas para el 2030 Se les llama lodos residuales a los s lidos remanentes del proceso de tratamiento de las aguas re siduales municipales que son removidos para que el agua pierda sus propiedades contaminantes y pueda volver a utilizarse Los lodos residuales tambi n deben ser tratados para eliminarlos o trans formarlos y para que sus elementos contaminantes no representen un riesgo a la salud o al ambiente Por ello es importante que las plantas de tratamiento de aguas residuales no solo contemplen c mo tratar el agua sino tambi n deben explicar qu hacer con los lodos residuales generados Los lodos residuales son un problema por el costo adicional de tratamiento que implican los vo l menes y las cantidades que se generan as como por su composici n ya que est n constituidos principalmente por materia org nica y por elementos contaminantes que fueron removidos del agua tales como metales pesados material inorg nico y contaminantes emergentes productos de limpie za plaguicidas medicamentos y productos de cuidado personal Asimismo son un problema debido a los gases que desprenden como producto de su descomposici n los malos olores y l
41. rotection Agency amp Methane to Markets 2008 p 4 M XICO INSTITUTO NACIONAL DE ECOLOG A INE Inventario Nacional de Emi siones de Gases de Efecto Invernadero M xico Instituto Nacional de Ecolog a 2006 p 50 ARVIZU J Actualizaci n del inventario nacional de gases de efecto invernadero 1990 2006 en la categor a de desechos Instituto de investigaciones el ctricas e Instituto Nacional de Ecolog a M xico D F INE 2008 p 137 MANTILLA G CHAC N J y MOELLER G Emisiones de gas de efecto invernadero aportes generados por el tratamiento y descarga de aguas residuales dom sticas en M xi co En XXXI Congreso Interamericano de Ingenier a Sanitaria y Ambiental 12 15 octubre Chile Memorias Santiago Chile 2008 UNITED NATIONS Protocolo de Kyoto Kyoto Protocol to United Nations Framework Convention On Climate Change Jap n 2005 p 21 RULKENS W Sewage Sludge as a Biomass Resource for the Production of Energy Over view and Assessment of the Various Options En Energy Fuels 2007 Vol 22 p 9 15 MALIK S and BHARTI U Biogas production from Sludge of Sewage Treatment Plant at Haridwar En Asian J Exp Sci 2009 Vol 23 N 1 p 95 98 NAKASIMA M VEL SQUEZ N y OJEDA S Tecnolog as para el tratamiento de los resi duos s lidos org nicos del sector residencial y su aprovechamiento como fuente de ener g a En 4to Simposio Iberoamericano de Ingenier a de Residuos 5 7 Octubre M
42. s de aproximadamente 2 1 millones de d lares para una PTAR con capacidad de tratamiento de 1 000 30 000 litros por segundo De acuerdo con Rittman el aprovechamiento del biog s producido por la digesti n anaerobia de lodos residuales tiene beneficios econ micos debido a que existe una reducci n en los costos por manejo y disposici n de los bios lidos aprox 250 usd ton a o y una reducci n en los gastos de energ a el ctrica al utilizar el biog s como fuente de energ a aprox 12 000 usd a o por lo que se considera que los ahorros anuales en los gastos de operaci n son entre 40 60 Lo anterior implica que la inversi n para una instalaci n t pica se recupera en aproximadamente tres a os en una PTAR de tipo est ndar con una capacidad de tratamiento de entre 500 1 000 litros por segundo y una pro ducci n de 380 t d de lodos residuales Como parte de la viabilidad econ mica para la instalaci n de un sistema de digesti n anaer bica con re cuperaci n energ tica se debe considerar que la producci n m nima por hora de CH debe ser de 5 m Percepci n social y riesgos a la salud Los lodos resultantes del tratamiento de aguas residuales contienen adem s de materia org nica metales pesados compuestos org nicos t xicos aceites emulsiones productos qu micos y conta minantes emergentes productos de limpieza productos de cuidado personal y medicamentos en diferentes cantidades De acuerdo con el trata
43. s por la incorpora ci n de sistemas de digesti n anaer bica que estabilicen los lodos residuales y los aprovechen para la producci n de energ a es importante que los residentes de las zonas donde se encuentran ubicadas las PTAR acepten que un riesgo seguir existiendo pues las instalaciones de los sistemas de digesti n anaer bica conllevan la producci n y concentraci n de gases que pueden ser explosivos La importancia de la percepci n de la sociedad consiste en que conozcan el riesgo y que est n dis puestos a aceptar la construcci n y operaci n de un sistema de digesti n anaer bica que disminuir los riesgos para su salud En el caso de M xico el 76 de los lodos residuales y bios lidos es depositado en vertederos o re llenos a cielo abierto que por lo general se encuentran en terrenos aleda os a las PTAR por lo que implican un riego a la salud para los habitantes de la zona donde se encuentran ubicadas Para evitarlo se requiere de inversi n en infraestructura y de la generaci n de nuevas tecnolog as que disminuyan las cantidades de lodos generados y que adem s los bios lidos resultantes tengan bajos contenidos de bacterias microorganismos contaminantes emergentes y compuestos de azufre con la finalidad de mitigar los efectos nocivos a la salud de los trabajadores los habitantes contiguos a la PTAR y vertederos y de los que aprovechen los bios lidos como fertilizante agr cola y composta Con la finalidad
44. tes a la Comunidad Europea se haya reutilizado el 50 de sus lodos como fertilizante agr cola mejorador de suelos y materia prima para f bricas de composta Tales regulaciones conside ran concentraciones y l mites m ximos permisibles de metales pesados coliformes fecales salmonella huevos de helmintos niveles de toxicidad reactividad corrosividad explosividad y presencia de agen tes biol gico infecciosos para lodos y bios lidos y m ximas cantidades permitidas para su aplicaci n en tierra u otro aprovechamiento Utilizaci n de bios lidos para la recuperaci n energ tica en M xico En los Estados Unidos la EPA se encarga de regular el manejo tratamiento y disposici n de los lodos residuales as como de los bios lidos Tambi n cuenta con estad sticas y datos sobre cantidades y tra tamientos por PTAR lo que hace que se tengan datos oficiales sobre su calidad su aprovechamiento y su disposici n final Adicionalmente la EPA establece los requisitos y procedimientos para cada uno de los diversos tipos de tratamientos lo que implica que regule adecuadamente los sistemas de digesti n anaer bica y las condiciones bajo las cuales se genera energ a a partir del biog s producido Clasifica los bios lidos resultantes de diversos tipos de tratamiento en A B y C donde A es el bios li do con mayor calidad por lo que puede ser aplicado en la agricultura mejorador de suelos composta ornamental y aditivo como materiales
45. ticas p blicas y normatividad sobre agua y lodos residuales M xico D F IMTA 2000 p 8 CHILE BIBLIOTECA DEL CONGRESO NACIONAL Decreto 4 Reglamento para el ma nejo de lodos residuales generados en plantas de tratamiento de aguas servidas Chile La Biblioteca 2009 M XICO C MARA DE DIPUTADOS DEL CONGRESO DE LA UNI N Ley general para la prevenci n y gesti n integral de los residuos LEGEPIR M xico La C mara 2007 M XICO SECRETAR A DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES SEMAR NAT Y SECRETARIA DE SALUD SSA NOM 087 SEMARNAT SSA 2002 Protecci n ambiental Salud ambiental Residuos peligrosos biol gico infecciosos Clasificaci n y espe cificaciones de manejo M xico La Secretar a 2003 60 l 62 63 64 Producci n Limpia Julio Diciembre de 2012 Vol 7 No 2 R Rojas et al 74 94 M XICO SECRETARIA DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES SEMAR NAT NOM 053 SEMARNAT 1993 Procedimiento para llevar a cabo la prueba de extrac ci n para determinar los constituyentes que hacen a un residuo peligroso por su toxicidad al ambiente M xico La Secretar a 2003 M XICO SECRETAR A DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES SEMAR NAT NOM 052 SEMARNAT 2005 Caracter sticas procedimiento de identificaci n y cla sificaci n de los residuos peligrosos M xico La Secretar a 2006 BECERRIL J Contaminantes emergentes en el agua En Revista Digital UNAM 2009 Vol 10 p 1
46. uales y TR el tiempo de retenci n deseado Para el dise o de digestores anaer bicos tipo batch o por lote la consideraci n a tomar es que el volumen total del digestor debe ser suficiente para contener la cantidad de lodos residuales que quieren fermentar y considerar que el 25 del volumen debe ser ocupado por los lodos residuales y dejar un 75 de espacio para albergar el biog s producido Para el dise o de digestores anaer bicos ya sean de flujo continuo o por lote debe considerarse que para obtener la cantidad de biog s m xima producida la mezcla del sustrato debe de tener entre un Il 13 de fase s lida el resto debe ser fase l quida y considerar que el factor de producci n de biog s para un tiempo de retenci n de 25 d as es de 1 65 Q V el volumen de biog s producido por d a est expresado en la ecuaci n 4 V QN xV m 4 Sistema para generaci n de energ a el ctrica Un sistema de digesti n anaer bica puede ser de una etapa o de dos etapas Los sistemas m s con vencionales para la digesti n de lodos residuales son los de dos etapas debido a que en el primer tanque los lodos residuales permanecen menor tiempo durante la fase de hidr lisis y acidog nesis y un segundo tanque para las fases de acetog nesis y metanog nesis Posterior a la fase de digesti n es necesario colocar filtros de CO y de H S y eliminar el vapor de agua con la finalidad de purificar el biog s para aumentar la obtenci
47. vertederos de lodos bios lidos son 25 veces m s propen sos a padecer enfermedades ocasionadas por microorganismos dando lugar a padecimientos que van desde infecciones leves en la piel hasta dermatitis aguda asma e infecciones gastrointestinales Sin embargo no solamente los residentes de las zonas aleda as a las PTAR y vertederos de lodos re siduales bios lidos tienen afectaciones a la salud tambi n los trabajadores de las mismas ya que est n expuestos directamente a compuestos org nicos metales pesados compuestos inorg nicos y gases tales como di xido de carbono metano y di xido de azufre Los trabajadores no solamente sufren de las afectaciones a la salud mencionadas sino que el 38 4 de los trabajadores de los rellenos en tierra a cielo abierto de lodos residuales bios lidos tienen una percepci n del gusto y del olor incorrecta Producci n Limpia Julio Diciembre de 2012 Vol 7 No 2 R Rojas et al 74 94 En el caso de los olores emitidos por las PTAR y los vertederos de lodos residuales y bios lidos estos pueden disminuirse si los lodos residuales son digeridos de manera anaer bica y se incorpora hierro a la mezcla de digesti n ya que el hierro al adherirse a las prote nas presentes en los lodos genera reacciones qu micas internas que disminuyen la cantidad de compuestos org nicos vol tiles de azufre causantes del mal olor Aunque los efectos nocivos a la salud de los residentes pueden verse disminuido
48. ves sources use of biogas at USP PU REFA En International Workshop Bioenergy for a sustainable development 8 9 noviem bre Chile Memorias Vi a del Mar Chile 2004 COELHO S et al Energy Generation by a Renewable Source Sewage Biogas En Evento del Cambio clim tico y Energ a 17 18 noviembre Brasil Memorias Rio de Janerio Brasil 2006 COELHO S et al The Production of Sewage Biogas and its Use for Energy Generation En Conferencia y exhibici n mundial de bioenerg a 30 01 mayo junio Suecia Memorias J nk ping Suecia 2006 Utilizaci n de bios lidos para la recuperaci n energ tica en M xico 44 45 46 47 48 49 50 5I 52 53 54 55 56 A 58 59 RELEA F et al Proyecto MICROPHILOX Valorizaci n energ tica de biog s en dep sitos controlados mediante microturbinas En Infoenviro 2009 Vol p 1 3 M XICO INSTITUTO MEXICANO DETECNOLOG A DEL AGUA Programa de Investi gaci n y Desarrollo Tecnol gico del Agua Horizonte 2030 M xico D F IMTA 2012 p 57 HALL J Ecological and economical balance for sludge management options Marlow Uni ted Kingdom WRc plc Medmenham 2000 p 59 ESTADOS UNIDOS ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY EPA Emerging Tech nology for biosolids management Manual United States EPA 2006 p 135 PAVAN P et al Anaerobic co digestion of sludge with other organic wastes in small was tewater treat
49. xico Memorias M xico D F 201 1 pp 535 542 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 Producci n Limpia Julio Diciembre de 2012 Vol 7 No 2 R Rojas et al 74 94 M XICO SECRETARIA DE MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES SEMAR NAT NOM 004 SEMARNAT 2002 Protecci n ambiental lodos y bios lidos especifica ciones y l mites m ximos permisibles de contaminantes para su aprovechamiento y dispo sici n final M xico SEMARNAT 2002 RUBIA M et al Anaerobic Mesophilic and Thermophilic Municipal Sludge Digestion En Chem Biochem Eng Q 2002 Vol 16 N 3 p 119 124 CISNEROS M et al Digesti n anaerobia en dos etapas de lodos de plantas de tratamiento de aguas residuales Universidad Aut noma de M xico UNAM 2005 p 6 ARTHUR R 8 BREW HAMMOND A Potential biogas production from sewage sludge A case study of the sewage treatment plant at Kwame Nkrumah university of science and technology Ghana En IJEE 2010 Vol 1 N 6 p 1009 1016 WATER ENVIRONMENT FEDERATION amp AMERICAN SOCIETY OF CIVIL ENGINEERS WEF 8 ASCE Design of Municipal Wastewater Treatment Plants Volume IIl 4a ed Water environment federation preserving amp embracing the global water environment 1998 p 280 AGLER M et al Anaerobic digestion of brewery primary sludge to enhance bioenergy generation A comparison between low and high rate solids treatm
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