CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN A LA GESTIÓN DE FANGOS

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INTRODUCCIÓN A LA GESTIÓN DE FANGOS 1.1 OBJETIVOS El objetivo fundamental es realizar el proyecto fin de carrera. Un segundo objetivo del proyecto es estudiar las soluciones técnicas actualmente disponibles en el mercado para abordar la valorización de los biosólidos procedentes de EDAR en general y analizar las tecnologías convencionales para el secado térmico de estos biosólidos en particular, como etapa previa a la valorización energética o agronómica de estos residuos. En un primer capítulo se resume la problemática asociada a la gestión de biosólidos procedentes de EDAR, analizando el origen de los mismos, los parámetros físicos que caracterizan su composición y propiedades, la legislación a nivel nacional y comunitaria que regula su manejo y uso posterior y finalmente una primera introducción a la valoración energética y agronómica de los biosólidos, poniendo de manifiesto la necesidad del secado como etapa previa que facilita su manejo y rentabiliza su aplicación final. En capítulos posteriores se desarrolla tanto la valorización agronómica como la valorización energética. En relación a la valorización agronómica se analiza el proceso de compostaje, se describen las plantas de compostaje y los factores que condicionan su funcionamiento. Se resumen las ventajas e inconvenientes del compostaje y se estudian los aspectos económicos de las plantas. En el capítulo relativo a la valorización energética, se estudian las diferentes tecnologías que permiten un aprovechamiento térmico de los biosólidos. En cada caso se describe el proceso y los equipos principales, las ventajas e inconvenientes de cada proceso así como los costes asociados. En el capítulo tercero, se estudian con profundidad las diferentes tipologías de secaderos convencionales para el secado térmico de los biosólidos. Inicialmente se resumen los conceptos básicos asociados al secado térmico y los aspectos tecnológicos fundamentales del secado térmico, a partir de los cuales se desarrolla posteriormente el análisis comparativo de cada una de las tecnologías. Para cada tecnología contemplada en el proyecto, se describe el principio físico de funcionamiento, sus ventajas e inconvenientes, los equipos principales y los fabricantes más importantes, resumiendo el rango de potencia disponible en el mercado y sus parámetros técnicos más relevantes. En el capítulo final se establecen las conclusiones más importantes que se derivan del trabajo desarrollado en los capítulos anteriores.

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1.2 ORIGEN DE LOS FANGOS Las aguas procedentes de la actividad humana han de tratarse para su reutilización o simplemente para evitar focos de contaminación. El incremento del nivel de vida y la aglomeración creciente de la población en núcleos urbanos origina una generación de grandes volúmenes de aguas residuales sin depurar. Los vertidos de agua urbanos e industriales, la contaminación agrícola y ganadera contaminan los cauces superficiales y las masas de agua, haciendo insuficiente los procesos naturales de autodepuración. Es por tanto imprescindible ayudar a la naturaleza con la construcción de barreras a la contaminación. Así, las aguas, antes de ser vertidas a los cauces naturales, deben someterse a un proceso de reducción de su impacto contaminante. Estos procesos están generalmente divididos en tres etapas: primaria, secundaria y terciaria, y están caracterizados por distintos tratamientos físicos, químicos y biológicos. En las plantas de depuración, las aguas son desprovistas de los sólidos en suspensión en dos etapas. En el tratamiento primario se separa, mediante procesos meramente físicos, parte de los sólidos debidos a su densidad. A continuación, en el tratamiento secundario, parte de la materia orgánica es metabolizada y transformada en materia viva. Se produce también una floculación, que permite separar los flóculos de materia orgánica, materia viva y materia inorgánica. El tratamiento secundario más utilizado es el de fangos activados, caracterizado por la generación de un gran volumen de fangos. Los fangos generados son normalmente llevados a un espesado por gravedad y posteriormente a un proceso de digestión, en el que se sigue concentrando los fangos, disminuyendo su contenido en materias volátiles y mineralizando la materia orgánica. Mediante estos procesos, la contaminación de las aguas tratadas queda finalmente contenida en los lodos generados. 1.3 CARACTERIZACIÓN DEL FANGO Los lodos presentan una amplia variación en sus propiedades, dependiendo de su origen y de los tratamientos a los que han sido sometidos. Su caracterización basada en su historia sólo ofrece sin embargo una información cualitativa. Se han presentado gran cantidad de parámetros y numerosos análisis para medir las propiedades específicas del fango. Algunos han sido adoptados como métodos normalizados a nivel nacional o internacional, pero aún existen diferencias esenciales entre ellos. Por esta razón, se está desarrollando una amplia actividad de normalización en Europa por parte del CEN/TC308/WG1, para definir métodos normalizados europeos. Los parámetros para la caracterización del fango pueden clasificarse en: - Físicos: ofrecen información sobre la capacidad para ser procesado y manipulado.

- Químicos: relevantes para su posterior utilización en agricultura, en lo que respecta a la presencia de nutrientes y compuestos tóxicos o peligrosos

- Biológicos: ofrecen información sobre la actividad microbiana y la presencia de materia orgánica y agentes patógenos. Permiten evaluar la seguridad de su uso.

En la tabla 1.2 se muestra una relación de parámetros así como su relevancia para su tratamiento y deposición. A continuación se comentan los parámetros más importantes para cada aplicación:

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a) Utilización agrícola directa - Materia seca: La materia seca es importante a la hora de considerar el transporte,

las operaciones de aplicación y extensión sobre el terreno. Estas operaciones también están influenciadas por las propiedades reológicas del fango.

- Sólidos volátiles (Materia orgánica): La reducción de sólidos volátiles mediante la estabilización es importante, principalmente para evitar los problemas de olores. La materia orgánica tiene efectos benéficos sobre el terreno, pero cambios en el contenido de materia orgánica no modifican significativamente su aplicabilidad.

- Nutrientes, Metales Pesados, Microcontaminantes orgánicos, patógenos, pH: Las cantidades aplicadas dependen del contenido en nutrientes, metales pesados y microcontaminantes orgánicos del fango y del suelo, mientras que la presencia de patógenos se asocia al riesgo higiénico. Todos están afectados por el pH.

Método de tratamiento y deposición Estabilización

Parámetro Sedi

men

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ón

Aer

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ción

Temperatura X X X X X X Densidad X X X Propiedades Reológicas X X X X X X Sedimentable X X X Concentración sólidos X X X X X X X X X X X X X Sólidos volátiles X X X X X X X X X Digerible X PH X X X X X X Ácidos volátiles X Grasas y aceites X X X Metales pesados X X X X X Nutrientes X X X X Tamaño partícula X X X Tiempo de succión capilar (TSC) X X Resistencia específica X X Compresibilidad X Centrifugabilidad X Poder Calorífico X Lixiviable X Propiedades Microbiológicas X X X X

(1) Tiempo de Succión Capilar

Tabla 1.2 Parámetros según utilización y deposición

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b) Compostaje - Temperatura, Materia Seca, Sólidos Volátiles: El funcionamiento del proceso

depende de una forma importante de estas variables, tanto en lo que respecta a la evolución biológica como a la higienización (reducción de agentes patógenos). En particular, se requiere una concentración de sólidos entre el 40 y el 60% y una temperatura entorno a los 60 ºC.

- Nutrientes: El ratio C/N (carbono/nitrógeno) es muy importante para asegurar una adecuada evolución del proceso y un buen producto final. Deben mantenerse valores entre 25 y 30.

- Metales pesados, Microcontaminantes orgánicos: Los metales pesados y los microcontaminantes orgánicos resultan tóxicos durante el proceso de compostaje y reducen la cantidad de compost formado.

c) Incineración - Temperatura, Materia seca, Sólidos volátiles, Poder Calorífico: La viabilidad

económica de la incineración depende en gran parte de la necesidad de combustible auxiliar. Estas variables resultan pues vitales para conocer la capacidad de combustión autógena del lodo.

- Propiedades reológicas: Afectan al sistema de alimentación del fango.

- Metales pesados, Microcontaminantes orgánicos: La toxicidad de las emisiones (gaseosas, líquidas o sólidas) depende de su presencia en el lodo de origen y/o cuando se producen condiciones operativas no adecuadas.

d) Aplicación al suelo - Materia seca: Es importante conocer si el fango posee la suficiente consistencia

para ser aplicado al suelo. Además, las propiedades reológicas son esenciales para conocer la capacidad portante del fango.

- Sólidos volátiles: La cantidad de sólidos volátiles influyen en el desarrollo de malos olores y de la evolución del proceso, incluida la producción de biogás.

- Metales pesados: Los metales pesados pueden afectar muy negativamente a la evolución del proceso biológico y a la calidad de los lixiviados.

1.4 PRODUCCIÓN DE FANGOS El porcentaje de población cuyos vertidos de agua son tratadas antes de alcanzar los receptores naturales varía notablemente con la localidad. América del Norte, Japón y Europa Occidental (Figura 1.1) son las regiones con mayor desarrollo del tratamiento de las aguas. Actualmente en España, más del 50% de la población está conectada a algún tipo de depuración de aguas, siendo la media de la Unión Europea alrededor del 75 %. Estas cifras crecerán notablemente hasta el 2005, fecha para la que está previsto que la inmensa mayoría de la población de los actuales países de la Unión Europea depuren sus aguas residuales, según marca la Directiva 91/275/CEE.

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Figura 1.1 Porcentaje de población con instalaciones de depuración de agua en 1990 en países europeos. Fuente: The World Resource Institute Según la Agencia Medioambiental Europea, la producción de materia seca de fangos de depuración procedente de tratamientos primarios y secundarios de las EDAR se estima en 90 gramos por día y persona. La cifra de fangos producidos actualmente en la Unión Europea es de 7,7 millones de toneladas al año (materia seca), que se incrementará un 38%, hasta los 10,7 millones de toneladas, al alcanzar los objetivos marcados en el 2005 por la legislación comunitaria. En España, se estima que se producen más de 800.000 toneladas anuales de fango (materia seca). Si se expresa en base a la población con tratamiento de agua, y se compara con otros países de la Unión con mejor estado de depuración, resulta una producción de lodo per capita muy baja. La tendencia de nuestro país es similar a la de los estados de la Unión Europea, con un fuerte incremento en la producción de fangos en los próximos años (Figura 1.2), debido al aumento de las exigencias legales de la cantidad de agua tratada y a la mejora del rendimiento de depuración. Al día de hoy se disponen de pocas estadísticas o datos cuantificados sobre la generación de fangos de depuradora en nuestro país. Sólo algunas Comunidades Autónomas han hecho estimaciones del volumen de fangos generados y su gestión. En la tabla 1.3 se muestran los datos recogidos en el Plan Nacional de Lodos de Depuradoras de Aguas Residuales 2001-2006. Se reflejan datos del año 1998 que figuran en diferentes planes de residuos de las Comunidades Autónomas. Haciendo una extrapolación de estos datos a las restantes Comunidades Autónomas, teniendo en cuenta la población de cada una, se obtiene la cifra de 800.000 toneladas de fango (materia seca) por año. También figura la estimación de generación de las distintas Comunidades Autónomas para el 31 de Diciembre de 2005, que arroja una cifra global para España de 1.547.976 toneladas por año, superior a la que se maneja por la Agencia Medioambiental Europea para nuestro país (Figura 1.2).

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Figura 1.2. Generación de fangos en la Unión Europea (Grupo Europeo de Residuos del Agua)

Toneladas de materia seca/año Comunidad Autónoma 1998 2005

Andalucía - 312.500 Aragón - 41.000 Asturias - 36.000 Canarias - 54.000 Cantabria - 18.000 Castilla-La Mancha - 56.000 Castilla y León 23.906 81.000 Cataluña 244.805 200.000 Ceuta - 1.200 Com. Valenciana - 130.000 Extremadura - 36.000 Galicia - 90.000 Islas Baleares 28.639 29.000 La Rioja - 8.000 Madrid 162.278 342.862 Melilla 1.095 1.100 Murcia 32.740 37.000 Navarra 6.227 11.314 País Vasco 21.948 63.000 TOTAL ESPAÑA 800.000 1.547.976

Tabla 1.3 Estimación de los fangos generados en España

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1.5 LEGISLACIÓN La gestión de lodos de las depuradoras de aguas residuales tiene la peculariedad frente a otros tipos de residuos, que ciertos usos y posibilidades de reciclaje están regulados por normas específicas, algunas de carácter agronómico al poder utilizarlos como abonos y enmiendas orgánicas en los suelos. En este sentido cabe mencionar la Directiva 86/278/CEE, relativa a la protección del medio ambiente y en particular de los suelos en la utilización de los lodos con fines agrícolas. La Directiva regula las condiciones en que podrán ser aplicados los fangos a los suelos agrícolas, condiciones tendentes a la protección del posible efecto nocivo sobre las aguas, el suelo, la vegetación, los animales y el propio hombre. La Directiva prohíbe el empleo de fangos sin tratar, salvo en los casos de inyección directa o enterramiento en el suelo, siempre que lo autoricen los Estados miembros (en España no está autorizado). Para proteger la salud, prohíbe la aplicación en determinados cultivos y establece plazos para su aplicación en los autorizados. La Directiva señala que la utilización de los lodos en agricultura ha de tener en cuenta las necesidades de nutrientes de las plantas, limita los contenidos en metales pesados y exige análisis periódicos de suelos y fangos. Finalmente exige un control estadístico de los lodos, cantidades destinadas a fines agronómicos, composición y características de los fangos, tipos de tratamiento, destinatario y lugar de aplicación. Esta Directiva fue transpuesta al Derecho español en el RD 1310/1990 (Tabla 1.4), que designa al Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación y a las autoridades responsables de las Comunidades Autónomas en esta misma materia como los competentes en materia de aplicación y control de la citada Directiva.

Valores límite (1) (mg/kg MS) Valores límite (2) (mg/kg MS) Parámetro pH < 7 pH > 7 pH < 7 pH > 7 Valores límite (3)

(kg/Ha/año) Cadmio 1 3 20 40 0,15 Cobre 50 210 1.000 1.750 12 Níquel 30 112 300 400 3 Plomo 50 300 750 1.200 15 Zinc 150 450 2.500 4.000 30

Mercurio 1 1,5 16 25 0,1 Cromo 100 150 1.000 1.500 3

(1) Valor límite de concentración de metales pesados en suelos (mg/kg de materia seca de una muestra representativa de los suelos tal como la define el anexo II C del R.D. 1310/1990)

(2) Valor límite de concentración de metales pesados en lodos destinados a uso agrario (mg/kg de materia seca) (3) Valores límites para las cantidades anuales de metales pesados que se podrán introducir en los suelos

basándose en una media de diez años (kg/Ha/año)

Tabla 1.4 Valores límites del contenido en metales pesados (R.D. 1310/1990) Una Orden posterior, la de 26 de octubre de 1993, sobre utilización de fangos en agricultura, añade algunos requisitos, como la obligación de suministrar información de la estación depuradora al inicio de su funcionamiento y de enviar por el responsable de la depuradora una ficha semestral elaborada por la entidad que gestiona los lodos de uso agrícola para controlar las cantidades dedicadas a fines agronómicos. En la actualidad, la DGXI de la Comisión estudia una modificación de la Directiva 86/278/CEE, que la haría más restrictiva, desde el punto de vista del control de los fangos antes de su aplicación y desde su dinámica en el suelo una vez aplicados.

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Valor límite (1) (mg/kg MS) Valor límie (2)

Parámetro 5 ≤ pH < 6 6 ≤ pH < 7 PH ≥ 7 (mg/kg MS) Cadmio 0,5 1 1,5 10 Cobre 20 50 100 1.000 Níquel 15 50 70 300 Plomo 70 70 100 750 Zinc 60 150 200 2.500 Mercurio 0,1 0,5 1 10 Cromo 30 60 100 1.000

(1) Valor límite para concentraciones de metales pesados en suelos (2) Valor límite de concentración de metales pesados en los lodos destinados a su utilización agraria

Tabla 1.5 Valores límite del contenido en metales pesados recogidos en el tercer borrador de Abril de 2000 del documento de trabajo para la modificación de la Directiva 86/278/CEE En el año 2000 se publicó el tercer borrador del documento de trabajo para dicha modificación. En él aparecen efectivamente condiciones de uso más restringidas, obligaciones de control e información más exigentes y se reducen los valores límites de concentración de metales pesados (Tabla 1.5). Surgen además nuevos parámetros a valorar, claramente limitados, como la presencia de Salmonella y Escherichia Coli, los compuestos orgánicos y las dioxinas (Tabla 1.6). A los fangos les es también de aplicación la Directiva 91/676/CEE, transpuesta al Derecho español mediante el Real Decreto 261/1996, de 16 de febrero, contra la contaminación producida por nitratos procedentes de fuentes agrarias. Tabla 1.6 Valores límite del contenido en compuestos orgánicos, dioxinas y agentes patógenos del tercer borrador de Abril de 2000 para la modificación de la Directiva 86/278/CEE. A los fangos utilizados para la fabricación de abonos orgánicos le afecta la Orden de 28 de Mayo de 1998 sobre fertilizantes y afines, del Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación (tabla 1.7). En ella, se fija que los fangos de depuración pueden ser utilizados como materia prima de abonos orgánicos siempre que no superen el 35% (en peso) de la mezcla inicial. Esta orden también impone contenidos máximos de metales pesados agentes patógenos de los abonos orgánicos resultantes.

Compuestos orgánicos Valor límite (mg/kg MS)

AOX (1) 500 LAS (2) 2.600

DEHP (3) 100 NPE (4) 50 PAH (5) 6 PCB (6) 0,8

Dioxinas Valor límite (ng/kg MS)

PCDD / F (7) 100 Agentes patógenos Valor límite

Salmonella Ausencia en 50 g Escherichia Coli < 500 ufc/g

(1) Compuestos orgánicos halogenados (2) Sulfonato alquilbenceno linear (3) Di (2-etilexil) eftalato (4) Incluye nonilfenol y nonilfenoletoxilatos

con 1 o 2 grupos etoxi (5) Suma de varios hidrocarburos

aromáticos policíclicos (6) Suma de varios compuestos bifeniles

policlorados (7) Dibenzodioxinas policloradas /

dibenzofuranos

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Tabla 1.7 Valores límite del contenido en metales pesados y agentes patógenos en abonos orgánicos recogidos en la Orden del 28 de Mayo de 1998 del MAPA sobre fertilizantes y afines. Para los fangos son de aplicación todas las normas en vigor relativas a residuos, y en particular la nueva Ley 10/1998 de Residuos que transpone al Derecho interno español la Directiva 91/156/CEE, y la Decisión 94/3/CEE, que establece el Catálogo Europeo de Residuos, incorporado a nuestro ordenamiento por Resolución del Ministerio de Medio Ambiente de 17 de noviembre de 1998. Es necesario hacer hincapié en la importancia de la Ley 10/1998 ya que introduce en nuestro ordenamiento jurídico algunos principios nuevos de gestión que hay que respetar, como el de priorización y el de responsabilidad del productor. A las instalaciones para la gestión de los fangos les es asimismo de aplicación la Directiva 96/61 (IPPC), que entre otras cosas contempla la utilización de las mejores técnicas disponibles (MTD) en las actividades de gestión de lodos de depuradora. Finalmente, hay que mencionar la ya citada Directiva 91/271/CEE, sobre tratamiento de aguas residuales urbanas, en la que de una manera general se establece que las vías de evacuación de los fangos se preverán minimizando los efectos nocivos sobre el medio ambiente, y que dichas vías deberán estar sometidas a normas, registros y/o autorizaciones. En todo caso, los Estados miembros deberían haber suprimido la evacuación de los fangos a las aguas de superficie antes de 1999. 1.6 UTILIZACIÓN DE LOS FANGOS Hasta hace poco tiempo, los lodos de depuradoras se consideraban en España como un subproducto, cuya salida natural era su aplicación directa para fines agrícolas o su transporte a vertedero. Una creciente preocupación por la acumulación de sustancias contaminadas, ha provocado un ajuste normativo en la Unión Europea para limitar su utilización directa con fines agrícolas y obligar a su gestión como residuo sólido. La lucha contra la contaminación precisa un enfoque global. Hoy no resulta medioambientalmente aceptable resolver un problema de aguas para crear otro de residuos. Este principio obliga a avanzar en materia de tratamiento de fangos, de tal forma que no se traslade la contaminación de un medio a otro y se busque el mayor beneficio económico y medioambiental.

Metales pesados Valor límite (mg/kg MS)

Cadmio 3 Cobre 450 Níquel 120 Plomo 150 Zinc 1.100

Mercurio 5 Cromo 270

Agentes patógenos Valor límite

Salmonella Ausencia en 25 g Escherichia Coli < 1000 ufc/g

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Figura 1.3 Árbol de decisión para la gestión de fangos Como residuos sólidos, y de acuerdo a la política de gestión de residuos de la Unión Europea, la gestión de los fangos procedentes de las depuradoras ha de ser contemplada según tres principios básicos que, por orden de prioridad, son: - Minimización de su generación - Reciclaje o valorización - Vertido controlado En la figura 1.3 se representa un esquema de la posible gestión de fangos en función de las características iniciales del mismo. Como cada vez es más caro y complicado el transporte y el uso de vertederos como sistema de gestión de fangos (de hecho esta vía está en fase de extinción de acuerdo con la Directiva 1999/31/CE relativa al vertido de residuos), la solución para la correcta gestión de lodos de depuradora pasa necesariamente por los dos primeros principios: minimización y posterior valorización. La minimización de los fangos supone la reducción de su volumen. Como se ha expuesto en apartados anteriores, los fangos son generados en el tratamiento primario y secundario de las EDAR. Los fangos, caracterizados por un alto contenido en agua, se introducen en un espesador por gravedad donde salen con una concentración del 5

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al 8% en materia seca. La disminución del contenido de agua permite la reducción de la cantidad de fangos generadas. Las posibles vías de valorización de los lodos son la valorización agronómica y la energética. A continuación se desarrollan los aspectos fundamentales de las mismas. 1.6.1 Valoración Agronómica Los fangos procedentes de depuración constituyen una fuente muy importante de materia orgánica y nutrientes para los suelos que puede y debe ser aprovechada. El lodo puede aplicarse directamente sobre el terreno al salir de la planta de depuración, o puede estabilizarse biológicamente mediante un proceso de compostaje. Algunas ventajas del uso de fangos de depuradora o de compost generados a partir de ellos en terrenos de cultivo son: a) Utilización de los nutrientes contenidos en el lodo (fósforo y nitrógeno) b) Utilización de las sustancias orgánicas del fango para mejorar la capa de humus

del suelo. c) Regulación bien conocida. d) A menudo resulta la vía de utilización más barata del lodo. Algunos inconvenientes que pueden señalarse son: a) Necesidad de inversiones de almacenamiento, ya que el fango/compost sólo

puede ser aplicado durante ciertos períodos a lo largo del año. b) Dependencia de agricultores individuales. c) Quejas por malos olores en poblaciones cercanas. d) Falta de un conocimiento profundo del impacto de los microcontaminantes y los

patógenos en la cadena alimenticia. e) Cumplimiento de un estricto control legislativo. En principio, todo tipo de fango puede ser aplicado directamente sobre los terrenos de cultivo siempre que verifique los requisitos de calidad fijados (metales pesados, patógenos) por la legislación aplicable (RD 1310/1990). No obstante, frecuentemente la cantidad de fango que puede aplicarse está limitada por la cantidad de nutrientes requeridas por las plantas y por la cantidad total de sólidos secos. Al compost obtenido de lodos de depuradora con fines agronómicos le es aplicable la Orden de 28 de Mayo de 1998 sobre fertilizantes y afines del MAPA. El empleo de fangos urbanos (directamente o compostados) en agricultura puede ocasionar problemas porque incorporan sustancias peligrosas, especialmente en los lodos procedentes de zonas industriales. Al margen de aspectos más concretos, hay parámetros que de forma general pueden limitar la utilización agrícola de estos residuos, entre los que hay que considerar: - Exceso de salinidad. Las dosis altas pueden aumentar la conductividad eléctrica

del suelo hasta superar los 4 mS/cm, lo que disminuye la germinación de las semillas, inhibe el crecimiento de las plantas y puede empeorar la estructura del suelo.

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- Exceso de nutrientes. El único elemento que puede ocasionar problemas es el nitrógeno debido a su posible lixiviación en forma de nitratos hacia los acuíferos. Se evita eligiendo la época de aplicación según las necesidades del cultivo y conociendo la permeabilidad del suelo.

- Contaminantes orgánicos. En general, los contenidos en fangos cada vez son más bajos y se continúa estudiando su posible riesgo potencial. No debe ser un factor limitante en el futuro.

- Microorganismos patógenos. Los elimina un buen compostaje o tratamiento de secado térmico.

- Metales pesados. Es el factor más limitante, y su grado de peligrosidad es función de su toxicidad y su persistencia.

El fango/compost se aplica normalmente sobre terrenos de cultivo en períodos de arado y siembra. Se obtiene así una mayor asimilación de nutrientes por las plantas y se reduce el lavado de las nutrientes del terreno y hacia las corrientes de agua superficiales. Para reducir el problema de malos olores, se recomienda arar el terreno inmediatamente después de aplicar el fango. A la hora de realizar una estimación económica de la aplicación directa de fangos de depuradora sobre terrenos de cultivo, deben considerarse los siguientes costes: a) Costes de transporte desde la depuradora hasta almacén. b) Inversión y costes de operación del almacenamiento. c) Costes del transporte desde almacén hasta cultivo. d) Inversiones para los equipos de aplicación sobre el terreno (suelen omitirse debido

a que los agricultores utilizan su propia maquinaria). e) Gastos asociados a la aplicación y al arado del terreno (suelen omitirse debido a

que los agricultores utilizan su propia maquinaria). f) Gastos asociados a los análisis de la calidad de los fangos. g) Gastos asociados a los análisis de la calidad del suelo. h) Gastos administrativos asociados a la declaración del fango, finalización de los

acuerdos con los agricultores, control de la aplicación, etc... 1.6.2 Valorización Energética El contenido en materia orgánica de los fangos de depuradora permite su utilización como combustibles. El poder calorífico inferior de los fangos es aproximadamente de 3.650 kcal/kg respecto a su materia seca, lo que equivale a unas 5.200 kcal/kg respecto a sus compuestos volátiles. El principal problema que presenta la valorización energética de los fangos es su contenido en agua, que para alcanzar un rendimiento térmico adecuado, no debe superar el 50-60%. Existen varias opciones para el aprovechamiento energético de los fangos: a) Incineración de los fangos en hornos especiales.

b) Incineración conjunta de fangos con residuos sólidos urbanos (RSU) u otros combustibles no convencionales (virutas de madera, residuos agrícolas, etc.).

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c) Combustión conjunta de fangos y combustibles convencionales (carbón, fuel-oil, etc.) en hornos industriales, por ejemplo en la industria cementera, para la fabricación de clínker.

d) Sistemas de futuro:

- gasificación / pirólisis - oxidación húmeda

e) Valorización mineralógica (valorización de la fracción inorgánica contenida en el fango), mediante vitrificación convencional o vitrificación en antorcha de plasma.

En apartados posteriores se desarrollarán con mayor profundidad ambas vías de valorización. En los datos de la proporción de fangos generados destinados a cada vía de valorización, no existe acuerdo entre las instituciones. En las tablas 1.8 a 1.12 se muestran las cifras a nivel europeo y a nivel nacional de diferentes fuentes.

Producción Total Reciclado Vertedero Vertido al mar Incineración Otros

Año Miles Tm % Miles Tm % Miles Tm % Miles Tm % Miles Tm % Miles Tm %

1998 6.947 100 3.447 50 1.762 25 297 4 1.248 18 193 3 2000 7.890 100 4.183 53 1.739 22 57 1 1.731 22 180 2 2005 8.331 100 4.536 54 1.554 19 57 1 1.986 24 198 2

Tabla 1.8 Estimación de generación, uso y gestión de lodos de depuradora en la Unión Europea (materia seca). Fuente: DGXI.UE

1995 2005 PREVISIÓN MOTIVOS PRODUCCIÓN (1) 6,5 10,1 Incremento Directiva 91/271/CEE DESTINOS (%) Vertido 40 17 Descenso Política de reciclaje y problemática de los vertederos

Val. Energética 11 38 Incremento Aumento de producción y alternativa a los vertederos

Val. Agronómica 37 45 Incremento Reciclaje, aumento de producción y desaparición de otros destinos

Vertido al mar 6 0 Supresión (1998) Directiva 91/271/CEE

Otros 6 Mínimo Descenso -

(1) En millones de toneladas de materia seca/año

Tabla 1.9 Estimación de generación, uso y gestión de lodos de depuradora en la UE

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Destino (%) País

Millones toneladas MS / año Agronómico Aplicación al

suelo Incineración Otros

Austria 320 13 56 31 0 Bélgica 75 31 56 9 4

Dinamarca 130 37 33 28 2 Francia 700 50 50 0 0

Alemania (W) 2.500 25 63 12 0 Grecia 15 3 97 0 0 Irlanda 24 28 18 0 54 Italia 800 34 55 11 0

Luxemburgo 15 81 18 0 1 Holanda 282 44 53 3 0 Portugal 200 80 13 0 7 España 280 10 50 10 30 Suecia 180 45 55 0 0 Suiza 215 50 30 20 0

Reino Unido 1.107 55 8 7 30 Tabla 1.10 Estimación de la generación y destino de los lodos de depuradora en la Unión Europea (“Sewage sludge, Pros and Cons” Rebecca Renner. Environmental Science & Technology V.34-I.19 1, Octubre 2000)

Producción Total Reciclado Vertedero Vertido al mar Incineración Otros

Año Miles Tm % Miles Tm % Miles Tm % Miles Tm % Miles Tm % Miles Tm %

1998 787 100 410 52 268 34 57 7 52 7 0 0 2000 1.069 100 578 54 360 34 57 5 74 7 0 0 2005 1.088 100 589 54 367 34 57 5 75 7 0 0

Tabla 1.11 Estimación de generación, uso y gestión de lodos de depuradora en España (UE)

Gestión / Uso Toneladas MS / año % Uso agrícola y conservación de suelos de lodos no compostados 553.224 – 619.190 40 Uso agrícola y conservación de suelos (previo compostaje) 345.778 – 386.994 25 Incineración (con recuperación de energía) 276.622 – 309.595 20 Depósito en vertedero 205.470 – 232.196 15 TOTAL 1.383.114 – 1.547.976 100

Tabla 1.12 Estimación de gestión y usos de lodos de depuradora a finales del año 2005 en España (Ministerio de Medio Ambiente).

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1.7 ESPESADO Y DESHIDRATACIÓN DE FANGOS Los lodos generados en los tratamientos primario y secundario de las plantas depuradoras se caracterizan por su alto contenido en agua. Debido a esta humedad tienen un volumen importante y sus características mecánicas dificultan su manejo y disposición final. Por esta razón, su tratamiento se basa fundamentalmente en la reducción de volumen mediante eliminación del agua. Desde el punto de vista de la facilidad de deshidratación, el agua contenida en los fangos puede clasificarse en libre, capilar, coloidal e intracelular (Figura 1.4).

Figura 1.4 Representación esquemática de la distribución del agua en fangos de depuradora El agua libre se puede eliminar fácilmente mediante espesado, por gravedad. Un fango con un contenido en sólidos inferior al 0,01% puede llegar hasta un 5-8%. Gran parte del agua capilar y coloidal se puede eliminar aplicando fuerzas mecánicas (deshidratación mecánica). Mediante sistemas mecánicos se puede pasar de un contenido en sólidos del 4% hasta el 22-30%. Existe una amplia de variedad de alternativas tecnológicas para deshidratar los fangos, siendo las centrífugas, los filtros banda y los filtros prensa las soluciones más extendidas. a) Centrifugación (Figura 1.5) La centrífuga es una máquina constituida por un tambor cónico/cilíndrico y un tornillo sinfín de extracción del lodo deshidratado. Gracias a la fuerza centrífuga, los componentes inmiscibles son separados, basándose en su densidad. A la salida, el contenido en sólidos es del orden del 25% y el tamaño estándar del fango deshidratado puede oscilar entre 1 y 10 mm. En caso de disponer de una foco térmico residual disponible, es recomendable el precalentamiento del fango alimentado a una temperatura próxima los 60ºC, reduciendo así la cantidad de floculante empleado y mejorando el rendimiento de la operación. Esta técnica tiene una aplicación creciente debido a su buena estanqueidad.

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Figura 1.5 Centrífuga

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b) Filtro banda (Figura 1.6) El principio de funcionamiento consiste en deshidratar los fangos, añadiendo floculantes, mediante etapas de presión y gravedad. La presión es creciente a medida que el fango avanza en la prensa. A la salida del filtro banda, los lodos pueden contener un 20% de materia seca (valor insuficiente para depositarlos en vertederos controlados de acuerdo con la legislación vigente). El tamaño estándar de materia en suspensión puede oscilar de 25 mm a 5 mm. Los filtros banda son sistemas abiertos de fácil manejo y mantenimiento, aunque pueden provocar problemas de malos olores. c) Filtro prensa (Figura 1.7) Este sistema consta de una serie de bolsas de material textil, en cuyo interior se inyecta a presión el fango. Una vez concluida la operación, se abre el filtro y caen las tortas de fango deshidratado. Los filtros prensa permiten una mayor deshidratación que los anteriores sistemas, pero resulta una técnica un tanto engorrosa debido a que se trata de sistemas discontinuos e instalaciones de grandes dimensiones. Además de estos sistemas clásicos de deshidratación existen otras tecnologías alternativas, no tan extendidas como son la atomización o la oxidación húmeda. 1.8 SECADO DE FANGOS El secado es un proceso físico en el que el agua se evapora en la superficie del cuerpo y el vapor de agua generado es arrastrado por la corriente de aire. Se distinguen dos fases en la etapa de secado. En una primera etapa, el agua se evapora de la superficie a una velocidad de evaporación constante. Durante esta etapa, la salida de agua del interior del material comporta una disminución del volumen del cuerpo (contracción en secado). Durante una segunda etapa, el agua es evaporada en el poro o capilar donde permanece, y sale a la superficie en forma de vapor. En esta etapa no se produce apenas contracción. Los factores externos más importantes en el secado son: a) La velocidad del aire, fundamental sobre todo en la primera etapa de secado. La

única manera de incrementar la eficacia consiste en aumentar la velocidad del aire.

b) Temperatura y humedad del aire. En la segunda etapa del secado se debe aumentar la temperatura del aire para evaporar el agua dentro del capilar, pasando la velocidad y la humedad relativa a un segundo plano.

c) Factores geométricos, que son los que potencian la transferencia de calor y masa y por tanto, la eficacia del secado.

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Figura 1.6 Esquema e imagen exterior de un filtro banda

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Figura 1.7 Corte e imagen exterior de un filtro prensa

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Figura 1.8 Reducción del volumen de lodos en función del porcentaje de materia seca. Aunque las etapas de secado son sensiblemente iguales en todos los materiales, la naturaleza del material a secar condiciona el sistema de secado. Los materiales de naturaleza inorgánica son más fáciles de secar ya que la red capilar es muy primitiva y el agua fluye fácilmente hacia la superficie. Por el contrario, en los materiales con naturaleza orgánica y en particular higroscópicos, como son los fangos de depuradora, la red capilar es muy extensa y el agua es difícil de extraer al estar retenida por fuerzas de adsorción u osmóticas. Por ello estos materiales suelen retener el agua con mayor intensidad que los inorgánicos. Así, una parte del agua capilar y coloidal y el agua intracelular que contienen los fangos de depuradora sólo pueden eliminarse tras romper la estructura celular, térmica, biológica o químicamente. En la figura 1.8 se muestra la relación entre el contenido en materia seca del lodo y su volumen, indicándose las reducciones de volumen que pueden alcanzarse con diferentes sistemas de deshidratación y secado. Partiendo de un lodo al 5% de materia sólida, se observa que los sistemas clásicos de deshidratación, como filtros de banda y centrífugas, permiten reducir el volumen cuatro veces, y la utilización de aditivos como cloruro férrico y, sobre todo cal, disminuye el grado de reducción del volumen. En el gráfico se observa que la única forma de superar contenidos en materia seca del 55% es recurrir a técnicas de secado.