Con motivo de dar cumplimiento a lo establecido en la Directiva 91/271/CEE sobre tratamiento de aguas residuales urbanas, (traspuesta a la legislación española a través de la Ley 11/1995), los municipios españoles tienen la obligación de adoptar las medidas necesarias para garantizar que dichas aguas son tratadas correctamente, en instalaciones adecuadas, antes de su vertido, con el fin último de garantizar la protección del medio ambiente.

 

Este proceso de depuración al que han de someterse las aguas residuales urbanas, lleva aparejado la generación de lodos de depuradora, que según la citada directiva, han de gestionarse y tratarse de forma adecuada, siendo las limitaciones ambientales cada vez mayores y los métodos de tratamiento cada vez más restrictivos por la legislación de aplicación (ejemplo: Orden AAA/1072/2013, de 7 de junio, sobre utilización de lodos de depuración en el sector agrario). Ello está conduciendo a una búsqueda de nuevos y apropiados procesos de tratamiento y/o valorización.

 

En este trabajo un primer objetivo ha consistido en la evaluación de la generación, tipo de tratamiento y modo de gestión de los lodos producidos en las Estaciones Depuradoras de Aguas Residuales Urbanas (EDARs) de la Comunidad Autónoma Andaluza. Concretamente, dado el amplio territorio y el elevado número de plantas existentes en dicha comunidad, solamente se han evaluado los lodos generados en dos provincias, Sevilla y Huelva. La primera por sus actividades socio-económicas y volumen de población en cada núcleo urbano, y la segunda por su componente industrial y costero. Así, se encuentran representadas distintas zonas geográficas, número de habitantes equivalentes y composición de la carga orgánica aportada a las aguas residuales.

 

Los resultados obtenidos han permitido conocer las características generales de todas las EDAR de Sevilla y Huelva, la tipología de los sistemas de tratamiento de las líneas de lodos existentes, así como caracterizar la composición de los mismos y conocer su adecuación para uso agrícola según la normativa vigente. La información estudiada resulta muy interesante porque permite realizar una estimación del volumen actual de lodo generado en Andalucía, y realizar una previsión a medio-largo plazo, estableciendo las bases para la organización de un sistema de gestión optimizado de los lodos producidos en las EDAR andaluzas.

 

Un estudio quimiométrico realizado a través de métodos de análisis multivariante, basado en la composición físico-química de los lodos, ha proporcionado resultados muy interesantes. Un análisis de componentes principales (ACP) ha permitido agrupar EDAR por alguna característica diferenciadora del resto, condicionada por la composición de las aguas residuales de origen. Además, también se han encontrado agrupaciones de las EDAR cuyo tratamiento de los lodos ha sido ineficiente.

 

Adicionalmente, un test discriminante ha arrojado como información más relevante que en las EDAR una tarea aún pendiente es realizar una correcta deshidratación y estabilización de los lodos, no siendo condicionante la zona geográfica ni el tamaño de la EDAR. Con el objeto de buscar sistemas de gestión más eficaces, se han evaluado modificaciones de dos de las tecnologías, actualmente viables y más implantadas, para la gestión de lodos de EDAR: digestión anaerobia y compostaje. La digestión anaerobia de los lodos ha sido universalmente aceptada como uno de los métodos más adecuados para la gestión de los lodos de EDAR de plantas de más de 50000 habitantes equivalente. Sin embargo, aunque es considerada como una de las tecnologías viables (favorecida por la recuperación del gas combustible metano y por calidad del lodo digerido) para la gestión de los lodos de EDAR, presenta un bajo rendimiento en metano y escasa biodegradabilidad debido a las características del propio residuo.

 

Por tanto, el segundo objetivo de esta Tesis Doctoral se ha centrado en evaluar la mejora del rendimiento en términos de degradación de materia orgánica y generación de metano, realizando un pretratamiento con ultrasonidos de los lodos de EDAR, a escala de laboratorio. Se ha evaluado el tiempo de aplicación como variable de operación del pretratamiento, y a continuación se ha realizado un test de biometanización, determinando el coeficiente de producción de metano en condiciones estables. Los resultados obtenidos han permitido determinar el tiempo de pretratamiento más adecuado, basándose en la solubilización de materia orgánica y centrándose en los ácidos de cadena corta generados.

 

Como resultado más prometedor se ha obtenido un porcentaje de biodegradación del 81 %, valor superior al normalmente obtenido en este tipo de residuo (en torno a un 60% como máximo), conduciendo a una mejora del rendimiento de metano respecto del lodo sin tratamiento (de 88 a 172 mL CH4/g SV). Teniendo en cuenta que la digestión anaerobia no da solución a plantas de pequeño tamaño, se ha evaluado otra posibilidad: el compostaje. Dicho proceso es posible llevarlo a cabo tanto en plantas de gran tamaño (con elevadas producciones de lodo) como en pequeños núcleos urbanos. El compostaje es considerado una alternativa económicamente viable y ambientalmente segura para la estabilización de la materia orgánica de los lodos de EDAR y, especialmente, para su utilización posterior en agricultura, además de sanearlo de microorganismos patógenos u otras sustancias fitotóxicas. Sin embargo, es necesario un adecuado diseño del proceso y control de las condiciones de operación para la minimización del impacto ambiental del mismo, consiguiendo un control de las emisiones líquidas y gaseosas derivadas.

 

En esta línea, el último objetivo de esta Tesis, se ha centrado en la evaluación de la influencia del uso de cubiertas semi-permeables en la etapa hidrolítica del proceso de compostaje en pilas estáticas aireadas, frente a otras tecnologías descubiertas. El estudio se ha realizado a escala industrial, con lodos de EDAR parcialmente estabilizados en el lugar de origen. Se ha realizado el seguimiento de la microbiología del proceso (bacterias y hongos, mesófilos y termófilos) y de la evolución de la temperatura, dirigido a conseguir la higienización bajo las cubiertas semi-permeables. Así mismo se ha evaluado la efectividad de las cubiertas frente a la prevención de emisiones de olores. Todo el estudio se ha realizado analizando variables físico-químicas y respirométricas para garantizar la calidad del compost producido.

 

Los resultados obtenidos han permitido determinar que la utilización de estas cubiertas flexibles y económicas (frente a sistemas cerrados en túneles) acortan el tiempo de compostaje (frente a los procesos en pilas abiertas) por alcanzar cinéticas de transformación de la materia orgánica más elevadas y grado de higienización adecuados. Así las pilas aireadas bajo cubiertas semipermeables suponen la obtención de una serie de ventajas tecnológicas, ambientales y económicas que resultan de especial relevancia en la gestión de este tipo de residuo.