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Category : Agricultura y ganadería

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Procesos y tecnologías para el tratamiento de lodos

El tratamiento de lodos generados en los procesos de tratamiento de aguas residuales está regulados bajo legislaciones específica, permitiendo una vez tratados adecuadamente, emplearlos en el sector agrícola como fertilizantes. Así, la calidad de los lodos varía conforme a la composición del agua residual de partida.

CLASIFCACIÓN DE LOS LODOS

En función del criterio empleado podemos disponer de 3 clasificaciones de los lodos generados durante los procesos de tratamiento de aguas residuales:

a) Según el origen del efluente a tratar:

  • Lodos urbanos
  • Lodos industriales

b) Según la etapa del tratamiento del agua residual se hayan generado: Figura similar

  • Lodos Primarios
  • Lodos Secundarios (biológicos)
  • Lodos Mixtos
  • Lodos Terciarios (químicos o físico-químicos)

Clasificación de los lodos

c) Según el tipo de tratamiento en la línea de lodos

  • Espesamiento: lodos Espesados
  • Estabilización: lodos Estabilizados (digeridos)
  • Deshidratación: lodos Deshidratados

TRATAMIENTO DE LOS LODOS

Posteriormente a la caracterización de los lodos a tratar mediante diversos sistemas de análisis, entre los que destacan: cromatografía, espectroscopia fluorescente de Rayos X, análisis bacteriológico…se establecen los valores de los siguientes parámetros que permitirán determinar los procesos de tratamiento de lodos más adecuados en base a su destino final.

Tratamiento de lodos

Concretamente, los parámetros que inciden mayoritariamente en la adecuación de los lodos para su uso agrícola y que por tanto deben analizarse antes y después del tratamiento de los mismos son:

a) Metales pesados: Cd, Cr, Ni, Hg, Pb, Zn y Cu

Los metales pesados son uno de los parámetros a tener en cuenta para la caracterización de los lodos. Desde la década de los 70, se ha producido una reducción muy significativa en el contenido de los mismos en los lodos de depuradora. Las razones principales de esta drástica reducción han sido las distintas legislaciones que han ido surgiendo en los distintos países, con el fin de regular y limitar este tipo de elementos debido a sus efectos nocivos sobre el medioambiente. Esto ha llevado a la industria y a las distintas administraciones implicadas a desarrollar y optimizar sistemas de gestión de los mismos que han permitido reducir los niveles de metales pesados emitidos al medioambiente. Los dos procesos que más han contribuido a este hecho han sido:

  • Reciclaje
  • Sustitución

Gracias al desarrollo de tecnologías cada vez más optimizadas y procesos alternativos vinculados con ambos puntos se ha alcanzado una reducción muy significativa de las emisiones de de metales como el Cadmio, que en los últimos 30 o 40 años ha disminuido drásticamente su emisión al medioambiente (http://www.cadmium.org/environment/cadmium-emissions)

b) Microorganismos patógenos: Salmonella spp, Escherichia colli
c) Agronómicos: pH, Conductividad H, MO, NT, org NH3, P, Ca, Mg, K y Fe
d) Contaminantes orgánicos: AOS, LAS, Ftalatos, Nonilfenoles, Hidrocarburos aromáticos policíclicos, Policlorobifenilos, Dioxinas y furanos, Difenil éteres bromados

Así, teniendo en cuenta la línea de lodos podemos diferenciar 3 grandes etapas de tratamiento, en las que encontramos distintos procesos asociados:

1. Espesamiento

Los procesos de tratamiento de lodos que representan a esta etapa permiten una reducción del volumen del lodo a tratar, eliminando agua y aumentando así la concentración en sólidos. El objetivo principal es el incremento de la eficacia y la optimización económica de los procesos posteriores.

Los principales procesos de espesamiento son:

  • Espesamiento por gravedad: emplea la fuerza de la gravedad. La alimentación se produce por la zona central, en la parte inferior se recogen los lodos espesados y en la superior queda el sobrenadante. Este sistema se emplea en lodos primarios, físico-químicos y mixtos que decantan bien por gravedad. Los lodos biológico decantan lentamente
  • Espesamiento por flotación: el lodo se concentra en la parte superior, por la unión de microburbujas, generalmente de aire, a los sólidos en suspensión, que acaban siendo menos densos que el agua. Este tipo de sistema está indicado para el espesado ´de fangos biológicos debido a su baja capacidad de sedimentación.
  • Espesamiento mecánico: la concentración de lodo se lleva a cabo aumentando las fuerzas gravitacionales.
    • Centrifugación: se aplica una fuerza centrífuga que permite la separación. Se emplea principalmente en lodos biológicos. Suelen ser equipos caros que requieren medidas adecuadas de mantenimiento.
    • Tambor rotativo: separación por filtración, a través del tambor rotativo. Se emplea en caso de lodos biológicos. Los costes de intervención no son elevados, requieren de poco espacio y no producen olores.
    • Mesas espesadoras: la separación se produce por drenaje del agua a través de una cinta horizontal porosa en movimiento. Están indicadas para lodos activos o digeridos. No es adecuado en el caso de lodos físico-químicos.

2. Estabilización

Cualquiera de los 3 procesos principales empleados en la estabilización de los lodos permite una reducción de la MO presente en los mismos, con el fin de:

a) Reducir los patógenos
b) Eliminar olores
c) Reducir o eliminar la capacidad de putrefacción de la MO

Los procesos de estabilización se dividen en:

2.1. Estabilización biológica

2.1.1 Estabilización aeróbica

Proceso biológico en el que, por acción microbiológica, se oxida MO, mediante un aporte de oxígeno en los digestores abiertos. De este modo se reduce la masa final del lodo, modificándolo para adecuarlo a procesos posteriores.

Se emplea como tratamiento secundario de una EDAR sin tratamiento primario. También puede emplearse para lodos mixtos con un aporte más elevado de oxígeno. Los factores que afectan a este proceso son:

  • Tiempo de retención
  • Temperatura
  • Necesidades de oxígeno y de mezcla

2.1.2 Estabilización aeróbica termófila

Se trata de una digestión aeróbica autotérmica termófila desarrollada para conseguir cumplir las regulaciones cada vez más estrictas. Se basa en la conservación de la energía térmica generada en la digestión aeróbica de la MO de los lodos, para alcanzar y mantener temperaturas termófilas (50-70 ºC).

2.1.3 Compostaje

Se trata de un proceso de descomposición bilógica y estabilización de MO en condiciones controladas y aeróbicas, desarrollando temperaturas termófilas, producto del calor generado biológicamente. El resultado es un producto estable y libre de patógenos. La MO se descompone en CO2, agua, minerales y MO estabilizada.

Se puede llevar a cabo solo con lodos o mezclándolos con agentes estructurantes que faciliten las condiciones aeróbicas. Las principales etapas son:

  • Mezclado
  • Fermentación o compostaje
  • Maduración
  • Refino

Es efectivo en la descontaminación de contaminantes orgánicos como: Hidrocarburos de petróleo, compuestos monoaromáticos, explosivos, clorofenoles, algunos pesticidas y compuestos aromáticos policíclicos.

Los microorganismos pueden actuar mineralizándolos o transformándolos parcialmenete.

En el caso de los contaminantes metálicos no son retirados significativamente durante el proceso. Se producen reacciones de oxidación y reducción de los mismos que influyen en la solubilidad, reduciéndose su disponibilidad y toxicidad en la fracción sólida.

Es necesario un adecuado control, de los parámetros críticos (pH, aireación, humedad, relación C/N) para evitar condiciones anaeróbicas en la masa de compostaje que provoquen aumento de olores

2.1.4 Estabilización anaeróbica

Es uno de los métodos más comunes para la estabilización de lodos. Consiste en la degradación de la MO, por la acción de en ausencia de oxígeno, liberando energía, metano (CH4), dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O), gracias a la acción de algunos tipos de bacterias.

Se produce en 4 etapas: Hidrólisis, Acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis.

Estos sistemas se clasifican en: baja carga, alta carga, contacto anaeróbico y con separación de gases. En este proceso deben controlarse:

  • pH
  • Temperatura
  • Alimentación de fango
  • Tiempo de retención
  • Producción de gas

2.2 Estabilización química

Es una alternativa a la estabilización biológica para el tratamiento de lodos. El objetivo de este tipo de estabilización es la de reducir o minimizar los patógenos y reducir sustancialmente los microorganismos capaces de producir olores.

2.2.1 Estabilización con cal

El producto aplicado mayoritariamente es la cal. Se añade al lodo a la dosis adecuada para mantener el pH a 12 durante el tiempo suficiente (mínimo 2 h) para eliminar o reducir los microorganismos patógenos y los responsables de los olores. Este sistema se suele usar:

  • Depuradoras pequeñas con incorporación de lodos a terrenos naturales o almacenados antes del transporte
  • Depuradoras con necesidad de estabilización adicional
  • Sistema complementario de estabilización durante periodos en que otros sistemas están fuera de servicio

Normalmente se incorpora antes del secado de los lodos aunque también puede emplearse a posteriori, empleando menores cantidades de cal. La dosificación de cal depende de:

  • Tipo de lodo
  • Composición química del lodo (incluyendo la MO)
  • Concentración del lodo

Durante el proceso de tratamiento de lodos mediante cal viva es necesario mantener el pH por arriba de 12, por un tiempo mínimo de 2 horas, para asegurarse la destrucción de los patógenos y proporcionar la suficiente alcalinidad residual para que el pH no descienda a menos de 11. Permitiendo, así, el tiempo suficiente para almacenamiento o disposición del lodo estabilizado. La cantidad de cal necesaria para estabilizar el lodo está determinada por el tiempo del mismo, su composición química y la concentración de sólidos. A grosso modo, el rango va desde el 6 hasta el 51%. Teniendo en cuenta que los lodos primarios son los que menos cantidad de cal requieren y los lodos activados los que mayor cantidad emplean.

2.2.2 Oxidación con cloro

Se incorpora una dosis alta de cloro al lodo a tratar. Se lleva a cabo en reactores cerrados y se necesitan periodos de retención cortos. Por ahora este sistema no está extendido a nivel industrial.

estabilización biológica de lodos

Estabilización química de lodos

2.3 Acondicionamiento

Los lodos de consistencia gelatinosa pueden dificultar las operaciones de secado. En estos casos se realiza un acondicionamiento previo para mejorar las características del lodo para su deshidratación. Los métodos más frecuentes son:

2.3.1 Acondicionamiento químico

Da como resultado la coagulación de los sólidos y la liberación del agua absorbida, Se usa antes de cualquier proceso de secado. Los productos químicos empleados son:

  • Cloruro férrico
  • Cal
  • Sulfato de alúmina
  • Polímeros orgánicos

Los 3 primeros proveen desinfección y estabilización del lodo. Los polímeros no provocan desinfección pero son más fáciles de alimentar y suelen ser más económicos.

El objetivo de este tipo de estabilización es la de reducir o minimizar los patógenos y reducir sustancialmente los microorganismos capaces de producir olores.

2.3.2 Acondicionamiento térmico

Se lleva a cabo un calentamiento de los lodos a temperaturas que varían entre 160-210 ºC durante cortos períodos de tiempo bajo presión. Esto provoca una coagulación de los sólidos y un cambio en la estructura, reduciéndose la afinidad del agua por parte de los sólidos del lodo.

El lodo queda esterilizado, prácticamente desodorizado y aumentando significativamente su capacidad de deshidratación

3. Deshidratación

Se trata de una operación física (natural o mecánica) empleada para reducir el contenido de humedad del lodo y su volumen. Sus objetivos principales son:

  • Aumentar el contenido de materia seca del solo de un 3-40%
  • Disminuir los costes de transporte por reducción de volumen
  • Mejorar el manejo y transporte de los lodos
  • Evitar olores
  • Aumentar el poder calorífico por disminución de la humedad

Los sistemas más extendidos son los mecánicos por delante de los naturales. Desde el punto de vista económico las tecnologías de deshidratación prevalecen en orden descendente:

  • Centrífugas
  • Filtros de prensa de correa
  • Filtros de prensa

3.1 Sistemas mecánicos

3.1.1 Centrífugas

Consisten en un tambor cilindro-cónico de eje horizontal que se fundamenta en la fuerza de centrifugación para la separación de la fase sólida del agua. Hay dos tipos de centrifugación en la deshidratación de los lodos:

a) Centrifugación contra corriente: los sólidos y el líquido circulan en sentido contrario dentro del cilindro.
b) Centrifugación equicorriente: la fracción sólida y la líquida discurren en el mismo sentido.

3.1.2 Filtro de prensa

Los filtros prensa constan de una serie de placas rectangulares verticales dispuestas una detrás de otra sobre un bastidor. Sobre las caras de estas placas se colocan telas filtrantes, generalmente de tejidos sintéticos. El espacio que queda entre dos placas, en su parte central hueca, es el espesor que adquirirá la torta resultante. Este espesor puede oscilar entre 15-30 mm.

La superficie de los filtros prensa puede ser de hasta 400 m2, y la superficie de las placas de 2 m2. Estos filtros suelen estar formados por más de 100 placas. El proceso de filtrado varía entre 25 horas, dependiendo de la duración de las diferentes etapas que pasamos a enumerar a continuación:

  • Llenado
  • Filtrado
  • Descarga
  • Limpieza

Con este proceso de tratamiento de lodos se consigue una estanqueidad del 35-45%, según las características del lodo a tratar. Se necesita personal especializado y cualificado para su mantenimiento y explotación.

3.1.3 Filtro de banda

Es un sistema de alimentación continua de fango, donde se realiza también un acondicionamiento químico, generalmente con polielectrolitos.

En los filtro banda primero se produce un drenaje por gravedad y después se hace pasar al fango por una aplicación mecánica de presión para que se produzca la deshidratación, gracias a la acción de una telas porosas.

Es un método barato, ya que no necesita una gran inversión inicial, los costes de mantenimiento y explotación son bajos y la instalación representa un bajo consumo energético.

3.2 Sistemas naturales

3.2.1 Eras de secado

Se trata de un sistema de deshidratación natural. Son capas de materiales drenantes dispuestas de forma vertical en un receptáculo.

El fango se hace pasar sobre estas capas de grava o arena produciéndose el filtrado y la deshidratación de los lodos por evaporación. Esta evaporación dependerá de las condiciones climáticas de la zona, los días de exposición de los lodos y las características del lodo.

El material drenante suele estar formado por por capas de 10 cm de arenas sobre una capa de grava de 10-20 cm, colocando una red de tuberías en la parte inferior para recoger el agua que volverá a ser tratada en la E.D.A.R. La capa de arena debe reponerse cada cierto tiempo ya que se pierden arenas en el proceso de filtrado y recogida de los lodos.

El inconveniente que presenta este proceso es la gran superficie de terreno que se requiere.

Tratamiento de efluentes procedentes de la estabilización del mosto

estabilización del mostoLa recuperación de las sales disueltas en el agua residual tras un proceso de estabilización del  mosto de uva puede ser muy interesante para los productores de vino, ya que permite obtener fertilizantes de gran calidad para la viña, debido a su gran riqueza en potasio, sin ningún coste.

El mosto de uva contiene diferentes sales disueltas, principalmente de los cationes de potasio, calcio, hierro, cobre y magnesio. Entre ellas se encuentran las sales tártricas formadas básicamente por el bitartrato de potasio y, en mucha menor cantidad, por el bitartrato de calcio. Estas sales se forman a partir del ácido tartárico, que de forma natural contienen las uvas, y los cationes potasio y calcio presentes en el suelo del cultivo. En el caso de mostos poco ácidos, cultivados en climas calurosos, se suele corregir su acidez mediante la adición de ácido tartárico.

Durante el proceso de fermentación del mosto, las sales de bitartrato superan su límite de solubilidad y precipitan en parte, quedando adheridas en las paredes y fondos de los depósitos. A pesar de esta precipitación, el vino, ya fermentado, continúa siendo una solución saturada de bitartrato potásico. Esta condición conlleva que el vino sea inestable, puesto que ante la mínima variación de las condiciones se puede volver a producir una precipitación de estas sales.

La aparición de posos en la botella y la turbidez en el vino está bien vista por algunos consumidores, ya que ya que su presencia se percibe como algo natural y como un síntoma de que el producto ha sido escasamente tratado y, por tanto, es más rico e íntegro. A pesar de ello, la estabilización del mosto para evitar la precipitación de estas sales se considera como un proceso indispensable desde el punto de vista comercial para la mayoría de mercados. Todavía en muchos lugares la presencia de estos sedimentos se considera que afecta negativamente al aspecto del vino y no es bien recibida por los consumidores.

La técnica mayormente empleada para eliminar las sales de bitartrato en el vino consiste en un tratamiento con frío. Al bajar la temperatura del caldo, disminuye la solubilidad del tartrato potásico y éste precipita. Posteriormente se separa del vino mediante filtración. Este proceso requiere entre 5 y 10 días, lo que obliga a tener los depósito llenos, por lo que se reduce la capacidad de maniobra de la bodega, y el consumo de una cantidad ingente de energía eléctrica para enfriar el mosto.

Para salvar estos inconvenientes, se pueden utilizar otros procesos más competitivos, como es el caso del intercambio iónico mediante resinas catiónicas. Se trata de una técnica que requiere una inversión económica claramente inferior en relación al resto y proporciona resultados excelentes para cualquier tipo de vino. Además, produce un ligero aumento de la acidez total y una ligera disminución del pH, hechos que amplían las garantías de conservación del vino y mejoran sus cualidades organolépticas.

En el tratamiento mediante intercambio catiónico se hace pasar el vino a través de unas columnas dispuestas en serie en las que en su interior se encuentran unas resinas de intercambio catiónicas. Este proceso se realiza en discontinuo puesto que las resinas se agotan y deben regenerarse para recuperar la capacidad de sus grupos funcionales. Al pasar el vino a través de las resinas catiónicas, se lleva a cabo la sustitución de los cationes por iones H+, eliminando así los iones de potasio y calcio responsables de la precipitación de los bitartratos. Cuando se observa en el vino que va saliendo de la columna de intercambio iónico un incremento de pH, indicación de que la resina ya no tiene capacidad de seguir captando cationes y liberando iones H+, se detiene el proceso y se inicia la regeneración de la resina. Para tal fin se hace pasar ácido sulfúrico en contracorriente a través de la columna. Cuando se da por finalizada la regeneración de las resinas, éstas deben ser lavadas para arrastrar los restos de agentes regenerantes que hayan podido quedar en el interior de las columnas. Este proceso se realiza haciendo circular agua osmotizada, operación que finaliza en función de los valores de pH del efluente de lavado.

Fruto de la regeneración y de la limpieza posterior, se genera un efluente de aguas ácidas ricas en calcio y, especialmente, en potasio. Para gestionar correctamente este efluente existen varias alternativas, siendo una de las más interesantes la recuperación de las sales mediante una evaporación al vacío.

La evaporación al vacío permite evaporar el solvente trabajando a temperaturas relativamente bajas, en torno a los 40 ºC, factor decisivo para que el consumo de energía eléctrica sea moderado. Como resultado, se obtienen unas sales que se pueden utilizar como fertilizantes para la viña por su riqueza en potasio, elemento fundamental para el desarrollo vegetativo de las vides.

Así pues, la evaporación al vacío permite poner en práctica un ejemplo de recuperación de recursos a partir de los residuos, modelo que acabará imponiéndose a medio plazo en cualquier proceso de gestión de efluentes puesto que supone importantes beneficios a nivel económico y ambiental.

Producción sostenible de fertilizantes naturales a partir de deyecciones animales

Producción de fertilizantesLa fertilización de los suelos empezó a llevarse a cabo cuando los agricultores primitivos se dieron cuenta de que determinados suelos, que eran fértiles, dejaban de producir rendimientos aceptables si se cultivaban de forma continua, y que al añadir estiércol o residuos vegetales la fertilidad se mantenía ininterrumpidamente.

El importante crecimiento de la población mundial en los dos últimos siglos, pasando de 1.000 millones a inicios del siglo XIX a 7.400 millones en la actualidad, exige a la agricultura un aumento de la producción. Al no ser posible incrementar en gran medida las superficies cultivadas, la única opción que permite aumentar la producción agrícola pasa por aportar a los suelos los nutrientes que los cultivos consumen. La utilización, racional, de los fertilizantes, es esencial para mantener la calidad y rendimiento de las cosechas, a la vez que es plenamente respetuosa con el medio ambiente.

La utilización de fertilizantes minerales es una forma eficiente de satisfacer las elevadas demandas a nivel mundial de nutrientes requeridos por los suelos. Estos fertilizantes han demostrado en ensayos de larga duración que permiten obtener elevados rendimientos de los cultivos a la vez que los productos obtenidos son de mayor calidad.

La producción convencional de fertilizantes minerales se basa en el uso de gas natural, fosfato roca, potasa y azufre entre otras materias primas, el precio de las cuales se ha encarecido considerablemente en los últimos diez años. Además, teniendo en cuenta que son recursos limitados y cada vez más escasos, la tendencia de su coste es alcista. Esto ha llevado a que el precio de los fertilizantes minerales esté experimentando un incremento importante y sostenido, el cual no parece tener fin.

precio sulfato de amonio

En la gráfica se observa la evolución del precio del nitrato de amonio entre 1960 y 2012, el cual ha experimentado una subida extraordinaria a partir del año 2002. La evolución del precio del nitrato de amonio es representativa del conjunto de fertilizantes minerales. Actualmente, el precio de un fertilizante se haya entre 100 y 600 €/Tm en función de su composición.

No obstante, para alcanzar una mayor sostenibilidad, ante la síntesis de fertilizantes a partir de residuos fósiles, una alternativa respetuosa con el medio ambiente y rentable económicamente es posible: la transformación en fertilizantes de subproductos o de residuos industriales valorizables, particularmente atractivo resulta la valorización en fertilizantes de la fracción sólida y liquida de los biodigestores (se conocen con el término de digestatos) que tratan estiércol de aves y purines de porcino y vacuno. El precio actual de los fertilizantes, y aún más el coste futuro, hace posible que la inversión en procesos de revalorización en los que el producto final sea un fertilizante de alto valor añadido tenga plazos de retorno atractivos.

Los procesos de valorización que típicamente acaban dando como resultado un producto con posibilidad de utilizarse como fertilizante se circunscriben en el ámbito de la transformación del digestato, obtenido en el proceso de digestión anaerobia de residuos orgánicos, en un producto con unos niveles de nitrógeno, fósforo y potasio que lo hacen apto para su uso en agricultura. El digestato es rico en materia orgánica carbonosa soluble, nitrógeno, fósforo y potasio, aunque con unas concentraciones relativas bajas (menos del 0,5 %) por lo que su distribución hasta el punto de aplicación y su aplicación al suelo puede resultar muy costosa. Para ajustar los niveles de estos nutrientes a las concentraciones comerciales es necesario efectuar un proceso de concentración por evaporación de agua por lo que será necesario el uso de energía térmica de muy bajo coste para que el proceso sea rentable. Esta energía está disponible en los procesos de “waste to energy” mediante el aprovechamiento del biogás producido en los digestores con o sin motores de cogeneración, por lo tanto es prácticamente gratuita al disponer de agua caliente (aprox. 90 ºC), esta energía utilizada en evaporadores al vacío de múltiple efecto permite alcanzar concentraciones de nutrientes de cerca el 35% en MS. Este producto que se ha obtenido por concentración permite ser envasado para ser comercializado o vendido a granel, permitiendo obtener buenos ingresos a la explotación ganadera que dispone de esta tecnología. Una de las ventajas añadidas de la obtención de fertilizantes concentrados a partir de la fracción liquida del digestato de deyecciones ganaderas es que se trata de un producto “ecológico y natural” al que se ha eliminado, gracias al largo periodo de retención en el biodigestor, los microorganismos patógenos, antibióticos y hormonas.

No obstante, teniendo en cuenta que los elementos esenciales que los cultivos necesitan son nitrógeno, preferentemente en forma de nitrato y parcialmente en forma de amonio, fósforo, potasio, calcio, magnesio y azufre, seguidos de una serie de micronutrientes (hierro, manganeso, zinc, cobre, molibdeno, boro, etc.), el carbono soluble, en forma de compuestos de sustancias húmicas (ácido húmico y ácido fúlvico) juegan un papel fundamental en la absorción y transformación de los nutrientes por parte de la materia vegetal. Uno de los aspectos que más preocupa al agricultor es la posible presencia de microorganismos patógenos, típicos en la materia fecal, si bien los largos tiempos de permanencia en el digestor pueden eliminarlos, la re-contaminación indirecta de la fracción liquida puede llegar a ser un problema, la tecnología aplicada en los procesos de concentración que incluye por un lado la utilización de membranas de ultrafiltración (elimina todo tipo de patógenos, bacterias, virus e incluso pirógenos) además el proceso de concentración con los evaporadores genera un choque térmico que esteriliza el producto fertilizante obtenido.

El proceso de recuperación de los nutrientes minerales depende fundamentalmente de la composición del subproducto industrial de partida. De forma general, se basa en el uso de una serie de procesos y técnicas que permiten la separación de los principales compuestos que interesan (nitrato de amonio, superfosfato -Ca(H2PO4)2 -, fosfato amónico, cloruro potásico, sulfato potásico, sulfato de calcio, cloruro de calcio, sulfato de magnesio, carbonato de calcio, etc.), seguidos de etapas de evaporación al vacío y cristalización, que consiguen la obtención de los compuestos en estado sólido y con elevada pureza.

De esta manera se pueden producir fertilizantes de alto valor añadido (equilibrados en cuanto a su composición, de liberación lenta, de composición definida, específicos para cada aplicación, etc.) mediante un proceso que es completamente sostenible desde el punto de vista ambiental y rentable a nivel económico, el precio del producto fertilizante ecológico concentrado obtenido (aproximadamente al 35% MS) puede tener un valor en el mercado entre 250-350 €/Tm, el coste de concentración aprovechando la energía térmica disponible (energía eléctrica, consumibles, etc.) más los costes operativos son del orden del 30% del valor de mercado del producto obtenido, por tanto con el beneficio obtenido por dicha comercialización permite una amortización de equipos muy rápida, por lo general inferior a dos años.

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Tratamiento de las aguas residuales en la industria cárnica

industria cárnicaLa industria cárnica agrupa tanto a los mataderos y salas de despiece como a las fábricas de productos elaborados (frescos, curados o cocidos). Habitualmente, se encuentra por un lado el conjunto matadero-sala de despiece y por otro lado la industria de productos elaborados. Mientras los primeros producen canales, medias canales y piezas de carne para su consumo, la industria de elaborados abastece de productos cárnicos transformados (embutidos, jamón, salchichas, etc.).

Desde la vertiente ambiental, la producción de aguas residuales es muy diferente en función del tipo de instalación. Mientras que la generación de aguas residuales en los mataderos-sala de despiece es considerable, y con una elevada carga orgánica, en la producción de elaborados es más contenida y constante en el tiempo.

Tal y como se describe a continuación, en la mayoría de los diferentes procesos que se llevan a cabo secuencialmente en el matadero se generan aguas residuales:

  • Recepción de los animales vivos/estabulación: los animales llegan a la instalación y se estabulan. Las aguas residuales producidas en la limpieza de estas zonas arrastran orina, heces, pelos, desinfectante, etc.
  • Sacrificio: los animales son lavados externamente mediante chorros de agua a presión y después son sacrificados. En este proceso también se generan aguas residuales.
  • Desangrado: los animales son desangrados. La sangre se recoge para su venta aunque se producen pérdidas que en la limpieza de las instalaciones pasan a las aguas residuales.

A partir de este punto, los siguientes procesos difieren de si el ganado es porcino o vacuno. Para el caso del porcino, los procesos que continúan son:

  • Escaldado: se eliminan las impurezas de la piel al introducir las piezas en recipientes de agua hirviendo. En este proceso también se generan aguas residuales.
  • Chamuscado: mediante unos quemadores se eliminan restos de pelos que han quedado tras el escaldado.
  • Lavado: las piezas se lavan mediante agua a presión para eliminar el residuo que ha quedado después del chamuscado. También se generan aguas residuales en este proceso.

En el caso de tratarse de vacuno, tras el proceso de desangrado, se da lugar el:

  • Desollado: se retira del animal sacrificado la piel, patas y cuernos.

A continuación, las piezas, tanto de porcino como de vacuno, continúan una serie de procesos comunes:

  • Acondicionamiento: se eliminan restos como vísceras de los cuales se obtienen subproductos para la alimentación animal. En este proceso también se generan aguas residuales.
  • Oreo, despiece y venta: las piezas se enfrían a temperatura ambiente, se despiezan y pasan a las cámaras de producto final apto para su venta.

En caso de que se trate de aves, los procesos son similares con las únicas diferencias de que en la estabulación la generación de aguas residuales es mucho más importante y de que entre los procesos de escaldado y de chamuscado exista en proceso intermedio, el desplumado.

Así pues, en la mayoría de los procesos que se llevan a cabo, además de las limpiezas de todas las instalaciones, se generan aguas residuales. El volumen final producido es elevado y se estima del orden de 5 litros de agua por kilogramo de peso de animal vivo. En el caso de aves, el consumo es superior y se sitúa entre 5 y 10 litros de agua por kilogramo de animal vivo. Por lo general, el agua arrastra moderadas cantidades de purines, restos de carne, sangre, pelos, trozos de vísceras y grasa superficial entre otros residuos, que en su conjunto hacen que el agua tenga un elevado contenido de materia orgánica, materias en suspensión, aceites y grasas, nitrógeno (amoniacal y orgánico), fosfatos y detergentes y desinfectantes de las limpiezas. Además, la carga de las aguas residuales varía en gran medida en función del día e incluso hora a hora.

En la siguiente tabla se resumen los valores típicos de los parámetros relacionados con el contenido de materia orgánica y nutrientes del efluente generado en un matadero con sala de despiece.

aguas residuales industria cárnica

Para tratar adecuadamente estas aguas residuales, la opción más recomendable y ventajosa es un diseño que incluya un pretratamiento del agua, que elimine los sólidos gruesos y finos, elimine también los aceites y grasas y amortigüe las fluctuaciones de caudal y/o carga; y a continuación, un tratamiento biológico, el cual será el responsable de eliminar la materia orgánica y el nitrógeno. A continuación se describen con mayor detalle estas etapas:

  • Pretratamiento: el primer proceso necesario consiste en un desbaste de gruesos y finos, mediante tamices de 10 mm y 4 mm de tamaño de paso respectivamente. A continuación, también es conveniente separar los aceites y grasas del agua antes del tratamiento biológico, puesto que éstos tienen una demanda de oxígeno elevada. Una forma efectiva de separarlos es mediante flotación. Finalmente, debido a las fluctuaciones de caudal y carga contaminante a lo largo del ciclo productivo, es conveniente incluir una etapa de homogenización y laminación del caudal, que amortigüe los picos que se producen a lo largo del tiempo.
  • Tratamiento biológico: éste puede estar basado en tecnologías muy diferentes, de las cuales la más favorables son:
    • Lodos activos de baja carga: mediante un proceso de biomasa en suspensión de baja carga, en la que la parrilla de difusores del sistema de aireación no ocupe la totalidad del biorreactor, es posible tanto eliminar la materia orgánica disuelta como conseguir la desnitrificación. En función de la disposición de los difusores de aire, se establecen zonas aerobias y zonas anoxias en el reactor, y su alternancia permite la eliminación del nitrógeno.
    • SBR: mediante en un proceso discontinuo secuencial se pueden eliminar tanto la materia orgánica como los nutrientes. En el caso de un reactor SBR todos los procesos se dan lugar en el mismo reactor, pero de forma secuencial en el tiempo. Para trabajar de forma discontinua, es indispensable disponer de un depósito que acumule previamente el agua residual que va llegando al sistema de tratamiento.
    • Proceso anaerobio: mediante un tratamiento anaerobio de las aguas residuales se puede eliminar tanto la materia orgánica como el nitrógeno, sin consumo de oxígeno. Como producto de la secuencia de transformaciones que se producen en el interior del proceso, parte del carbono del agua residual acaba en forma de biogás, una mezcla revalorizable de dióxido de carbono y metano.

Las tres alternativas de tratamiento biológico son eficientes, robustas y cada una con sus ventajas y restricciones. No obstante, se debe destacar que la opción del tratamiento biológico anaerobio es la que conlleva unos costes de operación inferiores por el menor consumo energético a la vez de la generación de biogás.

Así pues, los mataderos/salas de despiece generan grandes cantidades de efluentes con una elevada carga orgánica, tanto disuelta como en suspensión, además de nitrógeno, fósforo, aceites y grasas y patógenos. El sistema de tratamiento más recomendable se basa en el diseño de un sistema completo formado por un pretratamiento del agua, en el que se eliminen sólidos gruesos y finos, además de aceites y grasas, y un tratamiento biológico que elimine la carga orgánica y los nutrientes del agua. Si el tratamiento biológico es anaerobio, el biogás generado puede ser aprovechado para la producción de energía eléctrica, la cual reducirá le consumo global de la instalación.