En las estaciones de tratamiento se lleva cabo la depuración de las aguas mediante la aplicación de una serie de operaciones físicas, químicas y/o biológicas en una secuencia determinada. El fin último es obtener un efluente que cumpla los criterios establecidos por la legislación vigente en materia de vertido y que el impacto ambiental asociado al mismo sea mínimo. No obstante, y en cumplimiento del principio de Lavoisier la materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma, en una planta de tratamiento de aguas residuales la materia contaminante que acompaña a las aguas pasa de un estado líquido o semilíquido a un concentrado sólido o semisólido. Una parte, la no biodegradable, simplemente es retirada del fluido; otra parte, la metabolizable, es incorporada a la vida como componente celular. En definitiva, en estas instalaciones se consigue purificar las aguas a costa de la inevitable generación de un residuo no deseado denominado genéricamente lodo residual o biosólido. Los contaminantes son transferidos del estado líquido al estado sólido, pero siguen existiendo como tales aunque su toxicidad o peligrosidad sobre el medio puede haber sido modificada. 

 

Por tanto, el tratamiento de las aguas no termina una vez que el efluente de la EDAR es vertido al medio ambiente, sino que continúa hasta que los contaminantes son destruidos definitivamente o, en otras palabras, el lodo es transformado en un material inerte e inocuo. El tratamiento de los lodos de depuradora no está exento de problemas. Los procesos a los que son sometidos son caros (en algunos casos, suponen más del 50% de los costes de explotación y mantenimiento de las EDAR), complejos y no siempre tienen aceptación social (por ejemplo, la incineración de fangos). Además, salvo que se volatilicen, proceso mediante el cual pasarían a la atmósfera pudiendo producir su contaminación, siempre queda un residuo final, más inocuo que el original, pero que requiere un destino final. La aplicación en agricultura, debido a su rico contenido en nutrientes (N y P), es una de las opciones más fomentadas en los planes de gestión de estos tipos de residuos y, además, ambientalmente positiva. Existen otros posibles usos beneficiosos de estos residuos de los que se dará debida cuenta en apartados posteriores de esta tesis doctoral.

 

Las cifras de producción actual de lodos de depuradora son alarmantes. En el periodo 1997 a 2005, la producción de estos residuos se incrementó en un 39% en España, según datos aportados en el II Plan Nacional de Lodos de Depuradora. Las previsiones son al alza ya que la depuración de las aguas residuales tiende a extenderse al 100% de los efluentes generados (éste debe ser el objetivo) y cada vez es mayor el grado de depuración exigido. El problema es que los tratamientos y destinos finales de estos residuos no están creciendo al mismo ritmo. A todo esto, es necesario sumar la limitada capacidad de almacenamiento que presentan las plantas de tratamiento de aguas residuales o los centros de transferencia de residuos a los que se dirigen.

 

Ante estos problemas, la gestión de los lodos de depuradora debe presentar un cambio de filosofía y dirigirse hacia la minimización de la producción de estos residuos. De esta forma primaría el principio de la prevención en origen de la contaminación, fomentando métodos o estrategias que permitan reducir la producción de los lodos residuales frente al tratamiento de los mismos. De hecho, el artículo 1.1 de la Ley 10/1998 de Residuos establece como primer principio en la gestión de residuos la prevención, que en el caso que nos atañe, se traduce en la reducción de los lodos generados y minimización en origen de su contaminación.

 

Varios investigadores han propuesto una amplia variedad de estrategias con un objetivo común: la reducción de la producción de fangos en exceso. Incluso algunas empresas comienzan a comercializar productos con el mismo fin. Algunas de estas estrategias se basan en alterar el metabolismo microbiano potenciando las rutas degradativas y limitando el crecimiento celular. Otras tienen su base en la solubilización de los fangos, y otras en el establecimiento de compartimentos ecológicos correspondientes a organismos depredadores de bacterias. Todas las estrategias han sido ensayadas a escala de laboratorio y/o piloto y, de momento, no se han descrito experiencias a escala real. La mayor parte de estos estudios se centran en conocer exactamente los mecanismos que permiten dicha minimización y, en algunos casos, no contemplan el comportamiento del sistema de tratamiento a largo plazo, ni sus posibles interferencias con los tratamientos posteriores.

 

Dentro del grupo de investigación de Tecnología del Medio Ambiente de la Universidad de Cádiz, se diferencian dos grandes campos de trabajo: Calidad Ambiental y Tecnologías de Depuración. En este último grupo se encuentra la línea de tratamiento biológico aerobio de aguas residuales y lodos de depuradora, dentro de la cual se enmarca el presente trabajo de investigación. Son varios los estudios realizados en esta línea de investigación sobre los procesos aerobios de tratamiento de las aguas residuales, principalmente en sistema de fangos activos y digestión aerobia de fangos de depuradora. El objetivo común en todos ellos es optimizar dichos procesos desde el punto de vista operacional y económico, y bajo esta misma perspectiva se desarrolla el presente trabajo de investigación. Continuando esta filosofía de trabajo y teniendo en cuenta la problemática actual asociada al tratamiento y gestión de los lodos de depuradora, el objetivo general de la presente tesis doctoral es optimizar el sistema de lodos activos introduciendo modificaciones en el proceso convencional que permitan reducir la cantidad de fangos en exceso generados, facilitando su posterior gestión y tratamiento.

 

Si bien la experimentación se ha realizado sobre un sistema de lodos activos, los resultados obtenidos pueden ser aplicables, a priori, a todos los sistemas de tratamiento de cultivos biológicos en suspensión. Para alcanzar el objetivo general del estudio, se han planteado los siguientes objetivos parciales:

 

1. Realizar un estado del arte sobre las estrategias aplicadas para reducir la cantidad de fangos en exceso en los sistemas de lodos activos y que han sido descritas en la bibliografía científica.

 

2. Puesta en marcha de una unidad de lodos activos a escala de laboratorio y estudio de la generación de fangos bajo diferentes condiciones de operación, evaluando al mismo tiempo el funcionamiento del sistema así como las diferentes poblaciones microbianas desarrolladas en cada una de ellas.

 

3. Aplicación de las estrategias para la minimización de la producción de fangos en el sistema de lodos activos a escala de laboratorio evaluando la producción de fangos residuales y analizando la población microbiana presente en el reactor en las distintas estrategias adoptadas.

 

4. Comparación de los resultados obtenidos incluyendo aspectos económicos, técnicos y ambientales. Propuesta de una estrategia viable para su aplicación a una unidad de lodos activos a escala piloto (semi-industrial).