Impacto de los proyectos del Instituto

Estabilización ácida de lodos en plantas de aguas residuales para la producción de biosólidos

En las tres últimas décadas, el reúso de lodos residuales en actividades agrícolas y de mejoramiento de suelos ha cobrado importancia ya que es una opción más económica, y desde el punto de vista ambiental más adecuada, que otros métodos de aprovechamiento de dichos lodos. Sin embargo, esta técnica es inaplicable en México debido a las altas concentraciones de microrganismos patógenos en los lodos. Buscando opciones para lograr la remoción de estos microrganismos, el IIUNAM realizó una serie de estudios utilizando ácido peracético, con muy buenos resultados.

Se evaluaron ácidos orgánicos, (acético y peracético) e inorgánicos, (perclórico y sulfúrico), para reducir el contenido de microrganismos en los lodos fisicoquímicos provenientes de un tratamiento primario avanzado (coagulación con sulfato de aluminio y sedimentación). Resultó que, en el caso de los coliformes fecales, el ácido peracético fue el más eficiente y redujo en promedio 6.9 logs su concentración, seguido de los ácidos sulfúrico y acético con 4.3 y 4.2 logs, respectivamente. En el caso de los huevos de helmintos (Ascaris suum), el acético redujo la concentración de éstos en 90 %, mientras que el peracético logró una reducción de 88 %. El ácido sulfúrico, en las dosis empleadas, fue ineficaz para reducir los huevos de helmintos, mientras que el perclórico presentó la desventaja de producir percloratos que, al contaminar aire y suelo, pueden ocasionar daños a la glándula tiroides, por lo que su uso fue suspendido. Con los resultados obtenidos, se determinó que el tipo de ácido aplicado tiene mayor influencia en la desinfección que el efecto de la acidificación del pH del lodo tratado.

Por los resultados anteriores, se decidió emplear ácidos orgánicos en el proceso, para evaluar el comportamiento del lodo tratado con ácido acético en dosis de hasta 22 000 partes por millón (ppm) y se observó que este ácido potencia el recrecimiento de las bacterias, puesto que éstas pueden emplearlo como fuente de energía si no han sido totalmente destruidas, sobre todo al emplear dosis menores de
15 000 ppm. Sin embargo, al emplear dosis mayores de 15 000 ppm, se alcanzaron concentraciones por debajo de los límites permitidos para lodos que pretenden ser aplicados en suelos, de acuerdo con la Norma Oficial Mexicana NOM-004-SEMARNAT-2002 (clase C).

También se determinó el tiempo de contacto al emplear ácidos acético (22 000 ppm) y peracético
(550 ppm), y se observó que la velocidad de destrucción de las bacterias y huevos de helmintos fue mayor en el caso del ácido peracético. De igual manera, la concentración final de microrganismos fue menor al aplicar este último ácido. Esto demuestra que es mayor el poder bactericida y ovicida del ácido peracético que el del acético.

Se simuló un tren de tratamiento de lodos, desinfección, acondicionamiento, deshidratación y almacenamiento, para determinar la estabilidad de los lodos tratados con ácidos orgánicos (15 000 ppm de acético y 550 ppm de peracético). Para ello, se acondicionó el lodo con diferentes polímeros y se determinó la dosis mediante pruebas de resistencia específica a la filtración. En ambos casos el polímero seleccionado fue de tipo catiónico, con un alto peso molecular y capaz de operar en un intervalo de pH muy amplio. Las dosis de polímero seleccionadas fueron de 3.9 y 6.5 kg/ton de sólidos totales (ST) para el acético y el peracético, respectivamente. Al término del periodo de estudio (42 días), los niveles de bacterias fueron similares en ambos tratamientos y no exhibieron recrecimiento notable. En ambos casos los coliformes fecales mostraron una concentración final de alrededor de 100 NMP/g ST (número más probable por gramo de sólidos totales), mientras que las salmonelas estuvieron por debajo del límite de detección (3 NMP/g ST). Por su parte, los huevos de helmintos tuvieron una concentración final de 4 y 3 huevos viables/g ST en el lodo tratado con acético y peracético, respectivamente. Esta etapa demostró la factibilidad de producir y almacenar lodos tratados con ácidos orgánicos.

Cuando se analizó la solubilización de metales en los lodos acidificados, la reducción del pH del lodo incrementó la fracción soluble de metales como el cromo, níquel, plomo y zinc al emplear ácido acético, mientras que al aplicar ácido peracético los metales solubilizados fueron el arsénico, cobre, níquel y zinc. Es importante mencionar que dichos metales en forma soluble pueden ser separados durante el proceso de deshidratación, por lo cual éste podría emplearse como proceso para reducir la concentración de metales (medidos en forma total) en lodos contaminados, de manera que la concentración al final del tratamiento cumpla con los límites de la norma mexicana respecto a metales en lodos.

Aplicando dosis de 250 a 1000 ppm de ácido, se obtuvieron eficiencias de 3.3 a 5.8 logs en coliformes fecales y de 34 a 90 % de reducción en huevos de helmintos. Las dosis de 500 ppm o superiores permiten obtener un lodo que puede ser reutilizado pues cumple con la normatividad para lodos clase C que establece la NOM-004-SEMARNAT-2002. En el caso de los lodos biológicos, se observó que los huevos de helmintos son básicamente inactivados y no destruidos, en contraste con los huevos observados en los lodos fisicoquímicos. Lo anterior se atribuye a la diferencia en el pH inicial del lodo y a la consecuente variación en la permeabilidad de estas estructuras.

Gracias a las pruebas realizadas se pudo observar el daño que ocasiona el ácido peracético en los huevos de helmintos. En esta etapa se aplicaron dosis de 80 a 500 ppm y tiempos de contacto de 5 a 8 minutos. Esto permitió afirmar que el ácido causa la ruptura de la membrana y la consecuente pérdida del material interno, con lo cual cesa toda actividad del huevo.

Con esta investigación, José Antonio Barrios Pérez, técnico académico del IIUNAM, recibió el grado de doctor en ingeniería. El trabajo fue dirigido por la doctora Blanca E Jiménez Cisneros, investigadora de la Coordinación de Ingeniería Ambiental.