La gestió de fangs · La gestió de fangs de les EDAR i la problemàtica associada. Fernando...

La gestió de fangsde les estacions depuradores d’aigües residuals

interior final:Guia A4.qxd 28/12/07 08:33 Página 1

La gestió de fangsde les estacions depuradores d’aigües residuals

Col·lecció_Documents de Treball

Sèrie_Medi Ambient, 1

5498-interior final.qxd:Guia A4.qxd 18/1/08 08:49 Página 3

Primera edició: gener de 2008© Diputació de BarcelonaÀrea de Medi AmbientCoordinació: Salvador Fuentes BayóSecretaria de redacció: Lidia Ruano BernabéDirecció: Domènec Cucurull DescarregaConsell assessor de redacció: Domènec Cucurull Descarrega, Imma Pruna González,Isidre Gonzalvo Carné, Josep Manel Esteban Campo, Manel Pich i Pou,Ramon Rabella Pujol, Salvador Fuentes BayóAssessorament tècnic: Joan MataDisseny i producció: Direcció de Comunicació de la Diputació de Barcelona

ISBN: 978-84-9803-264-2DL: B-41670-2007


Sumari

Presentació 7

Presentació 9

Marc introductoriLa problemàtica en la gestió de fangs. Joan Mata 11

Marc jurídicMarc jurídic a Espanya i a la Unió Europea de la gestió de llots d’EDAR. 21Ángel Ruiz de Apodaca Espinosa

La gestió de llots a Catalunya. Marc Moliner 33

Recull normatiu 44

Món municipalLa gestió municipal dels fangs a Saragossa. Antonio Silva 45

Utilització de llots secs com a combustibles secundaris. Maria Comellas 55

La gestió de fangs de les EDAR i la problemàtica associada. Fernando Cabello 61

L’experiènciaLa digestió anaeròbica de fangs. Joan Mata 67

Valorització de llots de depuradora: Projecte llot - prefabricats. Veronica Kuchinow 77

La valorització energètica del compost de fang. Josep Saña 87

Assecatge tèrmic de fangs. Tomás Cazurra 93

La gasificació dels fangs de l’EDAR. Xavier Elies 109

Món empresarialExperiència de Basoinsa, SL en la reutilizació de fangs de depuracióen l’àmbit de la comunitat autònoma del País Basc. 131Francisco Javier Murillo i Mikel Sarriegi

Món socialLa gestió de fangs de depuradora. Bones i males pràctiques. Montserrat Soliva 141

Curiositats15 bidons de… detritus. Ramon Rabella 159

Possibilitats de reutilització de sediments dragats no marinsen la regeneració ambiental d’àrees degradades. Iñaki García 161

La gestión de fangos de las EDAR (versió castellana) 175

Sludge management in the WWTP (versió anglesa) 243

Sumari | 5


Presentació

En els darrers anys s’han instal·lat arreu del territori de la província de Barcelona nombro-ses estacions de depuració d’aigües residuals, gràcies a les quals ha millorat de maneranotable la qualitat de les aigües dels nostres rius. És un fet indubtable que, actualment, elgrau de depuració dels abocaments d’aigües és alt i comparable amb el que es registraen altres països del nostre entorn.

No obstant això, l’existència de les depuradores, que constitueix un avenç rotund de lespolítiques mediambientals, genera un problema nou, que és el de la gestió dels fangs queprodueixen. D’acord amb les dades disponibles, a Catalunya es van generar l’any 2005més de 150.000 tones de fangs secs, una xifra prou important per obligar a trobar unasortida sostenible a aquests residus. La solució s’ha d’emmarcar, a més, en el conjunt depolítiques de tractament i reutilització de tots els residus que es generen al nostre territo-ri, tant els que procedeixen de l’àmbit urbà com els d’origen rural, principalment del sec-tor agropecuari.

Aquest esforç en què ens trobem embarcats ens ha de portar, en un futur esperem queno gaire llunyà, a poder donar per tancat el cicle depurador de les aigües residuals, en elqual resulta indispensable donar una solució sostenible a la gestió dels fangs generats perles activitats humanes. Confio que aquesta nova edició del butlletí SAM de la Diputacióde Barcelona aportarà prou materials i informacions d’interès perquè els governs locals dela província avancin significativament en aquesta línia de treball.

Celestino CorbachoPresident de la Diputació de Barcelona

Presentació | 7


Presentació

D’ençà de la promulgació de la Directiva 91/271/CE sobre el tractament de les aigües resi-duals urbanes, en què s’exigia el sanejament generalitzat de les aglomeracions urbanes,mesurades en habitants equivalents, fins a la Directiva 2000/60/CE, en què s’estableix unmarc comunitari d’actuació en l’àmbit de política d’aigües, els municipis catalans, amb elsuport de la Generalitat de Catalunya i d’altres institucions, han hagut de fer un gran esforçper tal d’aplicar el sanejament als nuclis de fins a 2.000 habitants equivalents conforme almedi receptor.

Es pot afirmar que la Junta de Sanejament i més tard l’Agència Catalana de l’Aigua hancomplert a bastament els objectius fixats per la Directiva 91/271/CE en les més de dues-centes poblacions que els requeria l’esmentada normativa.

A data de tancament d’aquest número, a Catalunya hi havia 330 depuradores en servei i154 en construcció, la qual cosa dóna resposta adequada a les exigències de sanejamentactuals.

Ara bé, el boom constructor de depuradores (de l’any 1995 a l’any 2000 se’n van cons-truir més de 80, la pràctica totalitat finançades per la Generalitat) ha generat que gestio-nar els fangs resultants de la depuració sigui un tema de difícil solució.

Molt probablement el disseny de la línia de fangs, i el fet que hi hagi una certa sobrepro-ducció, fa que la sortida d’aquest subproducte depengui de l’ús posterior que se’n faci.Així, com a conseqüència d’una gestió de vegades poc reeixida, els llots poc deshidra-tats han acabat dipositats als abocadors o al mar.

Posteriorment, la legislació i una millor gestió han anat corregint les disfuncions de gestiódel fang. Aquest número que teniu a las mans pretén exposar les aplicacions que tenenels fangs com a subproductes: la utilització en la pagesia, per exemple, però també coma element de construcció o com a component energètic.

Us convido, doncs, a la lectura d’aquest número que pretén donar eines als municipis pera la gestió de llots, fruit del coneixement d’experts i de les experiències de gestors de ladepuració d’aigües.

Joan Antoni Baron EspinarPresident delegat de l’Àrea de Medi Ambient

Presentació | 9


La problemàtica en la gestió de fangsJoan Mata, Departament d’Enginyeria Química. Universitat de Barcelona. [email protected]

La quantitat de fangs produïts a Europa, a Espanya i a Catalunya s’ha anat incrementanten els darrers anys. Molta part d’aquest increment s’ha produït a mesura que s’ha anatimplantant la Directiva 91/271/EEC que obliga a la depuració de les aigües residuals. Elprocés de depuració d’aigües residuals produeix una gran quantitat de fangs.

Així, depenent del tipus de reactor i de les condicions d’operació, més de la meitat de la deman-

da química d’oxigen (DQO) de les aigües es trasllada als fangs i, fins que no es trobi una des-

tinació adequada per gestionar aquests fangs, no s’hauria de considerar finalitzat el procés

de depuració en una estació depuradora d’aigües residuals (EDAR).

D’aquesta manera, s’ha de tenir en compte que una planta moderna de tractament d’ai-gües residuals genera aproximadament 30 kg de fangs secs per persona i any. En conse-qüència, actualment es generen més de 8 milions de tones anualment a Europa (al món,més de 30 milions), mentre que a Espanya i a Catalunya la generació supera les 1,5 i 0,15t/a, respectivament. D’altra banda, cal afegir que, a més a més, a Espanya, aquestaquantitat gairebé s’ha doblat des del 1998, principalment a causa del gran nombred’instal·lacions que han entrat en servei en els darrers anys.

Segons la coneguda jerarquia per a la gestió de qualsevol residu, en una primera instàn-cia cal minimitzar aquesta generació. En el cas dels fangs, les opcions per acomplir aquestrequisit són més aviat complicades, i a curt termini no es preveu que la quantitat de fangsproduïts minvi. Per exemple, una opció de minimització és la utilització de la tecnologiaanaeròbica aplicada directament a les aigües residuals, cosa que es fa actualment en paï-sos de l’àrea tropical i subtropical, però que també es podria portar a terme en països del’àrea mediterrània (Mata, 2005). Naturalment, opcions d’aquesta naturalesa, que impli-quen un canvi vers una tecnologia poc coneguda en aquest àmbit, són complicades deportar a terme i només poden tenir viabilitat en noves instal·lacions o en renovacions de lesantigues. Tot i així, hi ha altres opcions per assolir un cert grau de minimització dels fangsgenerats en una EDAR, com per exemple l’aplicació d’unes bones pràctiques d’operacióen la planta de depuració. Al marge de les possibilitats de reducció, són moltes les opcionsque hi ha per gestionar la gran quantitat de fangs produïts. Aquestes opcions es podenclassificar en tres grans grups:

a) Aplicació en agricultura, després de diversos tractaments, des del més bàsic, queés una deshidratació (tractament insuficient en moltes legislacions), fins al més com-plet, que comprèn una digestió anaeròbica i un compostatge. Si la distància és grani no es fa compostatge, la seqüència és una digestió anaeròbica (opcional) seguidad’una deshidratació i un assecament tèrmic.

b) Aprofitament tèrmic després d’un assecatge, que comprèn diverses opcionscomentades més avall i en diversos articles d’aquest exemplar de la revista i que vandes de la combustió en incineradores dedicades (exclusives per als fangs) fins a l’a-profitament tèrmic en cimenteres.

Marc introductori | 11


c) Destinació en dipòsit controlat després de diverses opcions, des de la més bàsi-ca, que és una deshidratació, fins a la més completa, que és un compostatge, pas-sant per un bioassecatge tèrmic. Tal com es discuteix amb detall en el marc jurídicd’aquest número (article de Ruiz de Apodaca), l’opció d’abocament en dipòsit estàsubjecta a restriccions cada cop més severes en la legislació actual.

La taula 1 mostra de manera simplificada aquestes possibilitats, i afegeix, com a comple-ment, per a Catalunya, Espanya i Europa, els percentatges mitjans, a grans trets, de lestres destinacions més importants.

Taula 1. Destinacions principals en percentatge per als fangs produïts a Espanya i a la Unió Europea iobjectius per al 2007 del Pla nacional de llots de depuradora (PNLD)

Destinació Unió Europea Espanya Catalunya PNLD: objectius per al 2007

Aplicació agrícola 54 54 49 65*

Valorització energètica (totes formes) 18 07 16 15

Abocador 25 34 21 20

Altres 3 5 - -

* El 40% prové de digestió anaeròbica, i el 25%, de compostatge.

Com es pot veure, el Pla nacional de llots de depuradora (PNLD), publicat el 2001 (PNLD,2001), ha assolit en certs aspectes els seus objectius per al 2007, excepte en l’apartat devalorització energètica en el marc espanyol, a causa, principalment, del dèficit d’infraestruc-tures per a aquesta fi. Les dades per a Catalunya es comenten en aquest mateix númerode la revista, en l’article específic del responsable de la gestió de fangs de l’Agència Cata-lana de l’Aigua.

La figura 1 mostra gràficament les diverses aplicacions comentades. Com es pot observar,

l’assecatge tèrmic és una opció que es fa servir com a pas intermedi per a les opcions majo-

ritàries d’aplicació agrícola, de valorització tèrmica i d’abocador.

Això és perquè les distàncies des del punt de generació de fangs fins al seu punt d’apli-cació fan que sigui viable. Addicionalment, el dipòsit de fangs líquids en abocador estàseverament limitat i, d’altra banda, per a una valorització tèrmica cal un mínim de matèriaseca per al procés que es pot xifrar al voltant del 33% (Furness et al., 2000). A causa deldecret de cogeneració, actualitzat fa pocs anys (RD 436/2004), a Espanya l’opció d’as-secatge ha estat molt aplicada i s’ha fet atractiva des del punt de vista econòmic.

El bioassecatge o compostatge gris dels fangs de depuradora és una tècnica poc utilit-zada, per la qual la calor que desprenen les reaccions biològiques aeròbiques pròpies del’etapa de fermentació del compostatge, i que provoquen l’assoliment de temperatures enl’interval termòfil (superiors fins i tot als 70°C), s’aprofiten per a l’assecatge. És un procésparal·lel al bioassecatge realitzat en certes plantes de tractament de residus sòlids urbans(RSU): la fracció resta dels RSU (és a dir, la que resulta de separar en origen la matèria orgà-nica) és assecada biològicament, com una etapa prèvia a la valorització tèrmica, per exem-

12 | Marc introductori



FANGS EDAR

Deshidratació Abocador

Aplicacióal sòl

Assecatge tèrmicDigestió

anaeròbica

Deshidratació

Ind.cimentera

Incineració

Ind.ceràmica

Gasificació

Compostatge

Cendres

Abocador

Codigestió

Altres residus orgànics

Bioassecatge

Figura 1. Diverses opcions per a la gestió dels fangs d’EDAR. La via escollida hauria d’estar optimitzadaglobalment, tant des del punt de vista econòmic com ambiental. L’opció de codigestió amb altres residus escomenta en un altre article dedicat a la digestió anaeròbica en aquest exemplar de la revista

ple en forma de quantitat diària recomanada (QDR) (Sugni et al., 2005). En el bioassecat-ge, comentat més endavant (vegeu l’article de Saña), no s’arriba pròpiament a l’estabilit-zació de la matèria orgànica, ja que el procés queda frenat per les altes temperatures i lamanca d’humitat. Cal afegir que el bioassecatge de fangs es pot portar a terme també demanera combinada amb la fracció resta d’RSU (o d’altres residus no aprofitables), per obte-nir combustibles secundaris. En aquest cas es podria parlar d’un compostatge gris.

Les opcions de valorització energètica

La valorització energètica es pot fer a través de diverses opcions, totes precedides d’unaetapa d’assecatge tèrmic (vegeu l’article de Cazurra on es descriu detalladament aques-ta operació). Bàsicament, les més utilitzades són:

- La incineració en instal·lacions dedicades exclusivament als fangs.- La coincineració en instal·lacions de termovalorització d’RSU.- La coincineració en fàbriques de ciment.

La utilització dels fangs com a combustible secundari en plantes per produir energia elèc-trica presenta l’inconvenient directament relacionat amb el baix poder calorífic dels fangs,cosa que redueix el rendiment de la planta. Aquest inconvenient també es dóna en les plan-tes d’incineració d’RSU, però els objectius no són coincidents amb les centrals elèctriques.


Tot i així, és una opció que, per exemple a Alemanya, està prou estesa: aquest país, ambuna producció de fangs secs superior als 2,4 milions de tones anuals, valoritza tèrmica-ment més de la meitat d’aquesta quantitat, tal com mostra la taula 2. Com es pot obser-var, la destinació a centrals termoelèctriques és la més utilitzada.

Taula 2. Opcions de valorització tèrmica a Alemanya on la producció de fangs és de 2.429.000 tones dematèria seca l’any (t MS/a) (Ferasin, 2006)

Opció Capacitat (t/a) Percentatge respecte al total

Incineració en instal·lacions dedicades 550.000 23

Centrals termoelèctriques 697.000 29

Plantes d’incineració d’RSU 47.000 2

Cimenteres 85.000 3

Gasificació 53.000 2

Total 1.432.000 59

Al marge de les ja comentades, hi ha altres opcions de valorització tèrmica incipients, opoc desenvolupades, com per exemple la gasificació, que es revisa extensament en unarticle específic en aquesta revista.

La incineració en instal·lacions dedicades exclusivament als fangs

La incineració en instal·lacions específiques per als fangs de depuradora és un sistemad’eliminació ràpid i sistemàtic que contribueix a la producció d’energia (tot i el baix podercalorífic dels fangs) i, per tant, a la consecució dels objectius de reducció de les emissionsde CO2. D’altra banda, també redueix considerablement el volum original (fins a un 10%)i destrueix els compostos orgànics tòxics que hi ha als fangs. S’ha de tenir en compte quela composició química dels fangs secs de depuradora digerits (67% C, 5% H, 25% O i0,8% S) és similar a la del carbó marró, però el seu poder calorífic inferior és més baix: de8 a 12 MJ/kg enfront dels 21 per al carbó (Stasta et al., 2006). D’aquesta manera, per-què no es necessiti l’ajut de combustible extern, cal que la matèria seca del fang superiel 33% (Furness et al., 2000). A efectes il·lustratius, la figura 2 mostra la variació del podercalorífic inferior (PCI) amb el contingut d’aigua del fang.

La valorització en el món ceràmic

Al marge de les ja comentades, també hi ha altres tendències de valorització, com ara lautilització dels fangs en la fabricació de totxanes. Durant el procés de cocció de les peces,els compostos orgànics es destrueixen i es creen porus al lloc on estaven. Això fa que tin-guin unes bones propietats com a aïllants tèrmics. D’altra banda, els components inorgà-nics, inclosos tots els metalls, queden immobilitzats dins de la matriu ceràmica i es com-porten com a components inerts.




100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0Humitat %

12

10

8

6

4

2

0

PC

I (M

J/kg

)Figura 2. Variació del poder calorífic inferior (PCI) amb el contingut d’aigua del fang. Es pot comprovar que,aproximadament, a partir d’humitats inferiors al 65%, la combustió té lloc sense aportació de combustible i desprèn una quantitat creixent de calor

Altres valoritzacions

També s’ha estudiat al laboratori la conversió a carbó actiu, mitjançant microones i àcidsulfúric, per fer-lo servir com a absorbidor a la mateixa planta. Els resultats són satisfac-toris en comparació amb els carbons actius comercials (Serra, 2004). Aquesta opció, queavui en dia té una difícil viabilitat econòmica, pot esdevenir una alternativa que caldrà con-siderar depenent dels costos associats a les altres opcions. En aquest sentit, en l’apartatsegüent es comenta el cas de l’oxidació humida com a exemple de tractament inicialmentdescartat pels costos i que actualment s’està tornant a estudiar.

Algunes tendències europees

La valorització energètica de fangs és una opció que està prenent força a certs països d’Eu-ropa. La demanda de productes agraris de caire biològic amb certificació del seu camí (traça-bilitat) augmenta, i la pressió sobre la utilització de productes biològics com a adobs és cadadia més alta. Això fa que hi hagi una tendència legislativa, en especial als països centreeu-ropeus, a desviar les pràctiques de recuperació via agricultura vers la recuperació energè-tica com a única alternativa a l’abocament, el qual pràcticament quasi ha desaparegut enaquests països. Es pot veure, per exemple, el cas de la Confederació Helvètica, que perllei ha prohibit l’ús agrícola dels llots. L’evolució en els darrers anys es reflecteix en la tau-la 3, on es pot veure que l’opció agrícola s’ha reduït dràsticament, igual que l’opció de l’a-bocament.



100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Per

cent

atg

e d

e l’o

pci

ó

60.000

50.000

40.000

30.000

20.000

10.000

0

Fang

s g

ener

ats(

tMS

/a)

Mitjan anys Final anys 1993 1999 2005vuitanta vuitanta

Figura 3. Evolució de la gestió de fangs a la província de Trento (Itàlia) des de mitjan anys vuitanta fins ara.L’opció d’abocament, única al començament, ha desaparegut gairebé de manera total

Abocador Compostatge Val. tèrmica Fangs generats

Taula 3. Evolució de les destinacions dels fangs d’EDAR a Suïssa i valors de l’any 2005 per a Àustria (Hermann, 2006; Ferasin, 2006)

Any Matèria seca Sol agrícola Incineració Incineració Cimenteres Abocador Altres(ins. dedicada) (amb RSU)

Unitat t/any % % % % % %

2000 202.757 38 31 11 17 2

2002 199.503 21 39 13 19 2

2004 204.856 14 47 18 20 0

Dades d’Àustria

2005 260.000 12 43 Conjunt: 35 4 16

Una tendència similar s’observa a Àustria, on, segons dades del 2005, es produeixen mésde 260.000 t MS/any. Tal com mostra la taula 3, l’opció agrícola s’ha reduït fins al 12%,mentre que la tendència a l’aprofitament tèrmic va en augment. Vista la situació i les tendèn-cies de mercat en aquests països, s’han desenvolupat tecnologies per a l’aprofitament delfòsfor de les cendres. Aquest component pot representar fins al 20% en pes de les cen-dres, i la recuperació de nutrients pot comportar, al mateix temps que beneficis ambien-tals, fins i tot beneficis econòmics (Hermann, 2006).

Un altre cas que encaixa en aquesta tendència és el de la província autònoma de Trento, alnord d’Itàlia. La figura 3 mostra l’evolució en els darrers vint anys de les opcions per gestio-nar els fangs produïts en aquesta regió. Com es pot veure, l’aplicació agrícola s’ha mantin-gut en valors del 20%, i darrerament ha començat un descens a causa de l’actual legislacióitaliana. D’altra banda, s’ha passat d’un ús del 100% de l’opció d’abocament a un 0%actualment, i ha augmentat paral·lelament l’opció de valorització tèrmica (Nardelli, 2006).Com a conseqüència, els costos de tractament s’han elevat enormement i, a data de publi-cació d’aquest article, ultrapassen els 600 euros per tona seca (uns 200 pel transport i



Fangdeshidratat

Deshidratació

Fracció mineral final(residu sòlid)

Fangliquit

Aportació d’aigua

Oxigen

Decantador

Condensador

Separadorgas líquid

Gas (CO2)depurat

Eliminació Catal.(eventual)CO-COV

Residu líquid

Retorn capçalera planta

Residu fangós

Aigua separada

Homogeneïtzador Reactor190-300ºC2-15 MPa0,25-2h

Bo

mb

a

Pre

esca

lfad

or

Figura 4. Esquema de la planta pilot d’oxidació humida a instal·lar a Trento (Itàlia) per a l’eliminació de fangs. Es pot observar que no cal deshidratar la totalitat dels fangs (Nardelli, 2006)

uns 400 pel tractament). Això ha fet que opcions inicialment descartades es plantegin nova-ment, entre les quals l’oxidació humida, que pot esdevenir competitiva, i està en fase deconstrucció una planta pilot per estudiar detalladament aquest tractament (vegeu la figu-ra 4 on es mostra un esquema de com seria el procés).

Cal, però, tenir en compte que l’aplicació al sòl en zones on la desertificació va en aug-ment s’hauria de considerar prioritària. En aquest sentit, les futures legislacions europeeshaurien de considerar aquestes situacions i, si cal, fer les distincions oportunes per apro-par-se més a la realitat geogràfica i ambiental dels diferents països. La recuperació de car-boni i nutrients per part del sòl no és banal i, a més a més, és molt més econòmica queles altres alternatives. S’ha de tenir cura, però, que el fang tingui la qualitat adequada i reduira un mínim els fangs provinents d’EDAR que tracten aigües de cert caràcter industrial. Comes comenta en l’article de digestió anaeròbica, aquest tractament pot contribuir a l’elimina-ció de substàncies inadequades ajustant-se als requeriments legislatius. D’altra banda, caldesdramatitzar els problemes derivats del contingut en els fangs de substàncies provinentsde productes farmacèutics o cosmètics, anomenats genèricament en el món anglosaxóPPCP (pharmaceutical and personal care products), perquè no estan demostrats efectesadversos per als humans (Carballa, 2004). També cal tenir en compte que aquests pro-ductes, absorbits pel seu caràcter, en general hidrofòbic i lipofílic, als fangs, són biotrans-formats durant els processos anaeròbics, tal com es comenta més extensament en aquestmateix exemplar de la revista, en l’article dedicat a la digestió anaeròbica.

Caldrà, doncs, que la Unió Europea tingui en compte la situació dels països del sud, onla problemàtica del sòl no entén d’hipotètics riscs, encara que en els països nòrdics, ambsòls greixosos, no tinguin cap mena de problema i prefereixin esmenes i adobs de tipusbiològic amb un origen conegut i certificat. En aquest sentit, caldrà veure què es diu en la


propera directiva europea. De fet, l’anterior (86/278/EEC) afavoria la utilització agrícola delsfangs d’EDAR i en regulava l’aplicació per minimitzar els riscos associats. Des de fa anys,s’està en espera de la sortida d’una nova directiva, que l’ha de substituir, i durant aquesttemps han circulat esborranys, el més conegut de l’any 2000, que restringia molt més l’a-plicació al sòl agrícola i que finalment es va retirar. Ara sembla que, finalment, el 2007, sor-tirà aquesta nova directiva que definirà i concretarà les condicions per a aquesta destina-ció dels fangs.

Per concloure

Cal dir, finalment, que

gestionar correctament els fangs d’una estació depuradora és un problema complex per alqual no hi ha una solució òptima universal, i que l’elecció entre la valorització tèrmica o agrí-cola dependrà de diversos factors.

Fins i tot s’han de tenir en compte els efectes indirectes i els de llarg termini que puguininfluir en la qualitat del sòl, o, per exemple, que la valorització energètica faci minvar l’a-tenció vers una producció de fangs de qualitat, és a dir, sense contaminants com arametalls pesants o microcontaminants orgànics, ja que per a la solució tèrmica les exigèn-cies –quant a la qualitat del producte d’entrada– són molt menors. Com a conseqüèn-cia, es pot perdre l’oportunitat de reciclar al sòl quantitats importants de carboni inutrients i, indirectament, influir de manera negativa en la qualitat de l’aigua que surt dela depuradora.

És clar, doncs, que

cal una aproximació integral al problema considerant totes les conseqüències ambientals decada pas en el tractament de la corresponent via de valorització.

L’elecció d’una opció concreta per a la gestió de fangs condiciona el tipus de tractamentque s’hauria d’aplicar al fang. Per exemple, si la cadena de tractaments és digestió ana-eròbica, deshidratació, transport i valorització tèrmica en una cimentera, no queda proujustificada l’etapa de depuració d’aigües, atès que l’aprofitament energètic es pot produirde manera òptima a la cimentera. En concret, el poder calorífic passa dels 17,5 MJ/kg dematèria seca abans de ser digerits, als 10,5 després de la digestió (Serra, 2004). D’altrabanda, també cal pensar on ubicar l’assecament i considerar tots els factors ambientalsa l’hora de seleccionar el procés de valorització (monocumbustor, cimenteres o centralstèrmiques properes, per exemple). Malauradament, no totes les EDAR han considerataquestes interrelacions entre la gestió i el tractament escollit i cal un esforç potser regla-mentari per evitar i corregir en el que sigui possible aquest problema.



Bibliografia

BERG, U.; Schaum, C. (2005). «Recovery of phosphorous from sewage sludges and slud-ges ashes. Applications in Germany and Northern Europe». I Ulusal Aritma CamurlariSymposium ACS 2005.

CARBALLA, M.; OMIL, F.; LEMA, J. M.; LLOMPART, M.; GARCÍA-JARESB, C.; RODRÍGUEZ, I.; GÓMEZ,M.; TERNES, T. (2004). «Behavior of pharmaceuticals, cosmetics andhormones in a sewa-ge treatment plant». Water Research, 38, p. 2918–2926.

FERASIN, P. (2006). Co-combustion in thermal recovery for MSW in Switzerland and Ger-many. In Energy recovery from sewage sludge. Trento: University of Trento, 24 de novem-bre.

Furness, D. T.; Hogget, L. A.; Judd, S. J. (2000). «Thermochemical Treatment of SewageSludge». Journal of the Chartered Institution of Water Environment and Management, 14,p. 57-65.

Hermann, L. (2006). Sludge combustion in dedicated plants: The austrian experience. InEnergy recovery from sewage sludge. Trento: Universitat de Trento, 24 de novembre.

Mata, J. (2005). «Criteris de la digestió anaeròbia d’aigües residuals urbanes. Possibilitatsi límits». II Jornades Tècniques de Gestió d’Estacions Depuradores d’Aigües Residuals.(Sistemes de sanejament i medi ambient. Reutilització planificada de l’aigua). Barcelona:Agència Catalana de l’Aigua, gener de 2005.

Nardelli, P. (2006). Present situation and strategies in the Provincia Autonoma de Trento.In Energy recovery from sewage sludge. Trento: Universitat de Trento, 24 de novembre.

PNLD (2001). «Plan Nacional de Lodos de Depuradora». Butlletí Oficial de l’Estat, núm.166 (12 juliol 2001). Resolució de 14 de juny de 2001.

«Reial decret 436/2004, de 12 de març, del Ministeri d’Economia». Butlletí Oficial de l’Es-tat, núm. 75/2004 (27 març 2004).

Serra, E. (2004). Adsorbents a partir de fangs biològics excedents de depuradora mitjançantl’aplicació de microones: Estudi d’obtenció, caracterització i aplicació en fase líquida. Uni-versitat de Girona. Tesi doctoral. ISBN 84-689-0619-0

Stasta, P.; Boran, J.; Bebar, L.; Stehlik, P.; Oral, J. (2006). «Thermal processing of sewa-ge sludge». Applied Thermal Engineering, 26 (13), p. 1420-1426.

Sugni, M.; Calcaterra, E.; Adani, F. (2005). «Biostabilization–biodrying of municipal solid was-te by inverting air-flow». Bioresource Technology, 96 (12), p. 1331-1337.



El parc d’EDAR ha crescutde manera important perl’execució dels ambiciososobjectius de sanejament idepuració

Marc jurídic | 21

Marc jurídic a Espanya i a la Unió Europea de la gestióde llots d’EDARÁngel Ruiz de Apodaca Espinosa. Departament de Dret Administratiu. Universitat de Navarra

En aquest article es desenvolupa el marc juridiconormatiu a escala comunitària i esta-tal dels llots de depuradora. Excepte pel que fa a la seva aplicació agrària, no hi ha unaregulació directa dels llots, però bona part de la normativa ambiental l’afecta de mane-ra indirecta especialment pel que fa a la regulació de les seves destinacions i la seva ade-quada gestió.

Origen del problema

L’efectiva implantació per part de tots i cadascun dels estats membres de la UE de la Direc-tiva 91/271/CE, de sanejament i depuració d’aigües residuals, ha aguditzat notablementel problema plantejat per la gestió adequada dels llots d’EDAR. Això és degut al fet queaquesta Directiva ha obligat pràcticament totes les aglomeracions urbanes de la UE a dotar-se abans de l’any 2005 de sistemes col·lectors que recullin les seves aigües residuals urba-nes i d’estacions depuradores que les sotmetin a un tractament adequat. Entrem així enla coneguda dinàmica «problema - solució - nou problema», ja que

aconseguim depurar una de les principals fonts contaminants de les aigües (els abocamentsd’aigües residuals) per generar quantitats ingents d’un nou residu, els fangs de depuradora.

D’acord amb el concepte jurídic de residu que han donat les diferents directives comunità-ries de residus i el Catàleg Europeu de Residus (CER), podem afirmar sense cap dubte queels llots d’EDAR són residus. Dins la llista europea de residus establerta per la Decisió2000/532/CE, de 3 de maig (modificada per la Decisió 2001/118/CE, de 16 de gener),transposada al nostre ordenament jurídic per l’Ordre MAM 304/2002, de 8 de febrer, s’e-numeren dins la categoria 19 els «residus de les instal·lacions per al tractament de resi-dus municipals, llots del tractament d’aigües residuals urbanes, amb continguts en metallspesants inferiors als que estableix el Reial decret 1310/1990» (19 08 05), els «llots proce-dents del tractament biològic d’aigües residuals industrials, que no contenen substàncies


perilloses» (19 08 12) i els «llots procedents d’altres tractaments d’aigües residuals indus-trials, que no contenen substàncies perilloses» (19 08 14).

No hi ha cap dubte, per tant, que el règim jurídic i els principis de la política de residus sónaplicables als fangs procedents del procés de depuració.

Atès que el llot de depuradora és un residu, cal determinar quines solucions han dedonar-se al seu creixement exponencial i com el dret ha entrat a regular les possibles des-tinacions dels llots d’EDAR.

Tant la recent Directiva 2006/12/CE, de 5 d’abril, «marc» en matèria de residus, com l’Es-tratègia comunitària de residus estableixen una jerarquia pel que fa als models de gestió.En primer lloc s’ha de fer el possible per aplicar el principi de prevenció, és a dir, minorarla generació dels llots tant quantitativament com qualitativament. Evidentment, en matè-ria de llots d’EDAR la reducció quantitativa no es pot realitzar a causa de l’efectiva implan-tació de l’esmentada normativa de depuració. Al contrari, la generació d’aquests residusaugmentarà considerablement. La jerarquia dels residus pretén posar la prevenció i la reu-tilització dels residus al capdavant de les opcions de gestió. En el cas del tractament d’ai-gües residuals, actualment és impossible aplicar un procés de depuració eficaç senseproduir llots. L’opció subòptima és, per consegüent, la reutilització. L’aprofitament enterrenys agrícoles és la sortida natural per als llots de depuradora perquè així es tanquenels cicles de nutrients. No obstant això, en molts estats membres hi ha una suspicàcia per-manent respecte de la utilització en terrenys agrícoles de residus, en general, i de llots, enparticular. En el cas dels llots, aquesta suspicàcia no es basa en proves científiques, sinóque s’alimenta del gran nombre d’alertes que han tingut lloc en el sector agroalimentarien els últims anys.

D’acord amb l’actual projecte de Pla nacional de qualitat de les aigües, sanejament i depu-ració (2006-2015) a Espanya es generen aproximadament 1.300.000 tones/any de llotsd’EDAR.

Per tant, s’ha d’optar per sistemes de valorització d’aquest residu o d’eliminació senserisc. La Directiva 2006/12/CE inclou entre les formes de valorització el «tractament delssòls, produint un benefici a l’agricultura o una millora ecològica dels sòls» (R 10) i «la uti-lització principal com a combustible o com un altre mitjà de generar energia» (R 1).

Les diferents formes de valorització de llots la regulació de les quals veurem són:

a) L’aprofitament agrícola o com a esmena del sòl.b) La incineració amb aprofitament energètic.c) La utilització com a biomassa o combustible en processos d’obtenció d’energia.

Quant a les formes d’eliminació, aquestes són l’abocament i la incineració sense aprofi-tament energètic.

22 | Marc jurídic


El Pla nacional de llots de depuradora i els seus objectius incomplerts

El Consell de Ministres, mitjançant l’acord d’1 de juny de 2001, va aprovar el Pla nacionalde llots de depuradores d’aigües residuals 2001-2006.

Amb aquest Pla encara vigent es pretenia protegir el medi ambient i especialment la qua-litat del sòl gestionant adequadament els llots, així com l’èxit dels objectius ecològicssegüents:

a) Reducció en origen de la contaminació dels llots.b) Caracterització dels llots generats a Espanya, abans de 2003.c) Valorització d’almenys el 80% dels llots, abans de 2007, d’aquesta manera:- Valorització en usos agrícoles del 25% de llots, prèviament compostats, abans de2007.- Valorització en usos agrícoles del 40% dels llots tractats anaeròbicament o sotme-sos a altres tractaments, abans de 2007.- Valorització energètica del 15% dels llots, abans de 2007.Correcta gestió ambiental del 100% de les cendres d’incineració de llots.d) Reducció a un màxim del 20% dels llots dipositats en abocador, abans de 2007.e) Creació d’un sistema estadístic i bases de dades sobre llots i la seva gestió.

Per aconseguir aquests objectius, el marc normatiu previ i posterior que s’ha articulat enel nostre ordenament entorn dels llots de depuradora és el següent:

L’aprofitament agrícola com a esmena del sòl o com a destinació

La destinació dels llots d’EDAR, que fins al moment ha estat objecte d’una regulació especí-fica, és l’aprofitament agrari.

En principi sembla una de les sortides més adequades per a aquest residu orgànic, mésencara en països com ara Espanya, on, en general, els sòls són pobres en matèria orgà-nica. No obstant això, a l’hora d’aplicar-los s’han d’adoptar determinades mesures que,en tot cas, han de ser tingudes en compte per evitar qualsevol efecte nociu sobre el mediambient o sobre la salut de les persones. Aquestes precaucions, aquests límits necessa-ris de salvaguarda i l’articulació de control i inspecció respecte al seu compliment, és elque estableix la regulació corresponent. Es destaca que l’abocament de llots als terrenysagrícoles és una pràctica que s’ha de dur a terme amb especial precaució per a la pro-tecció del medi ambient i la salut i, per tant, ha d’estar subjecta a normes molt rigoroses.

Per això, malgrat que es tracta de l’opció més desitjable, és objecte de nombroses limi-tacions establertes per la mateixa normativa específica de llots d’aplicació agrícola i peraltres normes col·laterals que en redueixen les possibilitats d’aplicació al sòl.

La regulació directa d’aquest sistema de valorització dels llots es va realitzar des d’instàn-cies comunitàries mitjançant la Directiva 86/278/CEE, de 12 de juny, transposada al nos-tre ordenament mitjançant el Reial decret 1310/1990, de 29 d’octubre, desenvolupat alseu torn per l’Ordre ministerial de 26 d’octubre de 1993. Aquesta regulació directa d’ori-gen comunitari estableix límits a l’aplicació de llots d’EDAR amb fins agrícoles, basant-se

Marc jurídic | 23


La depuració produeix unatransferència delscontaminants continguts enles aigües residuals als residusque genera el procés dedepuració: els llots

24 | Marc jurídic

en dos paràmetres: els metalls pesants i el pH de llots i sòls. El seu objectiu és regular l’a-plicació de llots de depuradora a l’agricultura, a fi d’evitar efectes nocius en els sòls, en lavegetació, en els animals i en l’ésser humà. En aquestes disposicions s’estableix l’obliga-ció que qualsevol llot abans de ser aplicat sigui prèviament tractat, els conreus i períodesde prohibició per a la seva aplicació, els valors límit màxims de metalls pesants en sòls illots segons el pH d’ambdós, obligacions de mostreigs i anàlisi per, finalment, establir l’e-xistència d’un registre de llots en què es doni compte de la producció de llots, caracterís-tiques i destinacions.

Des de fa anys s’ha posat de manifest la necessitat de reformar la Directiva europea enaquesta matèria en el sentit d’establir uns límits més estrictes quant a metalls pesants id’augmentar els controls sobre la seva aplicació. Per això, i a fi d’augmentar la confiançaen els consumidors, la Comissió té previst realitzar una revisió completa de les disposi-cions de la Directiva 86/278/CE, amb l’objecte de garantir un alt grau de protecció del mediambient i de la salut de les persones. Tant la Comunicació de 8 de març de 2000 relativaa «polítiques i mesures de la UE per reduir les emissions de gasos d’efecte d’hivernacle:cap a un programa europeu sobre el canvi climàtic» (PECC), com l’actual Programa d’ac-ció de la comunitat europea en matèria de medi ambient, Medi ambient 2010. El futur ésa les nostres mans (VI Programa de medi ambient) dins l’Estratègia d’ús sostenible delsrecursos naturals i gestió dels residus, preveuen entre les seves accions la revisió de laDirectiva sobre els llots de depuradora.

Els documents de treball que maneja la Comissió Europea des de fa anys per tal de modifi-car la Directiva preveuen establir, a més de límits més estrictes quant a metalls pesants, valorslímit per a compostos orgànics i dioxines contingudes en els llots.

De moment, a Espanya qui té competències per vetllar per l’aplicació efectiva de la norma-tiva en vigor en matèria de llots d’EDAR són, lògicament, les comunitats autònomes. Noobstant això, són molt poques les que han creat el seu propi registre de llots (Andalusia,Castella i Lleó, Madrid i les Canàries), i únicament la Comunitat de Madrid, a través delDecret 193/1998, de 23 de novembre, ha realitzat un desplegament normatiu de la regu-lació bàsica estatal procedent de la transposició de la Directiva comunitària.


La regulació directa quant a l’aplicació agrícola de llots és la ja esmentada. No obstant això,hi ha altres disposicions que regulen indirectament aquest sistema de valorització dels llots.Aquesta regulació indirecta està constituïda per les disposicions següents:

a) En primer lloc, la normativa de protecció de les aigües enfront de la contaminacióde nitrats procedents de fonts agràries. Aquesta normativa també té l’origen en unadirectiva comunitària, en concret la Directiva 91/676/CE, de 12 de desembre, incor-porada al nostre ordenament mitjançant el Reial decret 261/1996. Aquesta Directivaobligava els estats membres a aprovar en una sèrie de terminis, els codis de bonespràctiques agràries, i a designar les zones vulnerables a aquesta contaminació.Doncs bé, a Espanya, aquesta competència correspon a les comunitats autònomes,encara que el seu retard va costar una condemna del Tribunal de Justícia de les Comu-nitats Europees (TJCE) per incompliment.

Actualment, totes les comunitats autònomes han aprovat els seus respectius codis de bonespràctiques agràries i han designat les zones vulnerables.

En aquests codis es fa referència a limitacions específiques a l’aplicació de llots d’E-DAR a l’agricultura, segons el tipus de conreu, el lloc i l’època de l’any.

b) En segon lloc, la profusa normativa comunitària de fertilitzants i afins no fa capreferència als llots d’EDAR, ja que no es refereix als fertilitzants orgànics. Aquest con-junt de directives té com a finalitat eliminar barreres al seu comerç, i harmonitzar aixícontingut, composició, envàs i etiquetatge. El Reial decret 824/2005, sobre produc-tes fertilitzants, exclou expressament del seu àmbit d’aplicació els llots de depurado-ra. Es presta una especial atenció a determinats fertilitzants, particularment als queutilitzen primeres matèries d’origen orgànic. Se sotmeten a reglamentacions específi-ques, als efectes del seu coneixement per part de les autoritats competents en matè-ria de vigilància i control i per tots els interessats en general, i s’estableix l’obligatorietatd’inscriure’ls en el Registre de productes fertilitzants que, a aquest efecte, es crea ensubstitució de l’anterior Registre de fertilitzants i afins.

Per tant, no queden exclosos totalment els llots de depuradora, ja que dins els ingre-dients que poden formar part de determinats fertilitzants es preveuen els residus orgà-nics biodegradables definits en l’annex IV entre els quals hi ha esmentats aquest tipusde llots. No s’especifica en quina proporció màxima, com feia l’ara derogada Ordre de28 de maig de 1998, que establia un màxim del 35% de llots en compost.

Per a aquests productes fertilitzants constituïts, totalment o parcialment, per residusorgànics biodegradables, el Reial decret estableix que hauran de complir, a més a més,els requisits que es defineixen en l’annex V que detalla els valors màxims de micro-organismes i de metalls pesants.

c) En tercer lloc, un límit més a la utilització del llot com a esmena del sòl o fertilitzantel constitueix, al meu parer, la injustificada exclusió del sistema d’ecoetiqueta comu-nitària aplicable a les esmenes del sòl. Mitjançant la Decisió de la Comissió2006/799/CE, de 3 de novembre, es van establir els criteris ecològics per a la con-cessió de l’ecoetiqueta a les esmenes del sòl i els substrats de conreu. En l’annexde l’esmentada Decisió es detallen els requisits que han de reunir per concedir-losl’ecoetiqueta (límits de metalls pesants, càrrega de nutrients, requisits de sanitat i segu-retat). No obstant això, el mateix annex diu que «els productes no han de contenirllots de depuradora». Per tant,

Marc jurídic | 25


s’estableix una contundent exclusió de la concessió de l’ecoetiqueta als productes que con-tinguin llots.

Exclusió inexplicable, sobretot quan la mateixa Decisió esmentada remet a la Direc-tiva 86/278/CE quant als mètodes de prova i anàlisi. Si la finalitat d’aquesta Decisióés la conformitat d’aquestes esmenes del sòl als requisits comunitaris de salut, segu-retat i medi ambient, seria lògic que s’haguessin inclòs els llots de depuradora ambdeterminades característiques.

d) Seguint amb les limitacions a l’aplicació agrària de llots de depuradora, la Directi-va 2004/35/CE, de 21 d’abril, relativa a la responsabilitat en relació amb la preven-ció i reparació de danys mediambientals, ara pendent de transposició, també fareferència a l’aplicació dels llots d’EDAR. En concret, estableix que s’aplicarà als danysmediambientals causats per alguna de les activitats professionals enumerades en l’an-nex III entre les quals s’inclouen «les activitats de gestió de residus, com ara la reco-llida, el transport, la recuperació i l’eliminació de residus i residus perillosos». Enaquest apartat relatiu als residus, el mateix annex III preveu que «els estats membrespodran decidir que aquestes operacions no incloguin l’aplicació de llots de depura-ció procedents d’estacions depuradores d’aigües residuals urbanes, tractats fins aun índex aprovat, amb fins agrícoles». Caldrà esperar la transposició de l’esmentadaDirectiva per saber si aquestes activitats d’aplicació agrícola de llots d’EDAR es tro-ben o no dins l’àmbit de l’aplicació de la normativa relativa a la responsabilitat per danysambientals. De moment, l’Avantprojecte de llei de 20 d’octubre de 2006 preparat pelMinisteri de Medi Ambient no inclou l’aplicació agrària de llots de depuradora dins l’àm-bit d’aplicació de la futura llei de responsabilitat per danys ambientals.

e) Finalment, una possible limitació més a l’aplicació al sòl d’aquest tipus de residuspot venir constituïda per la regulació que la Llei de residus 10/1998, de 21 d’abril, harealitzat dels sòls contaminats en els articles 27 i 28. Aquesta regulació estableix l’o-bligació de descontaminar els sòls per part dels causants i subsidiàriament pels pos-seïdors no propietaris i pels propietaris no posseïdors. El recent Reial decret 9/2005,de 14 de gener, desenvolupa els esmentats articles de la Llei de residus i estableixels paràmetres o estàndards i criteris pels quals un sòl pot ser declarat com a sòl con-taminat i la llista d’activitats potencialment contaminants. Entre les activitats poten-cialment contaminants s’esmenten les estacions depuradores d’aigües residualsurbanes. L’aplicació de llots podria ser una d’aquestes activitats designades com apotencialment contaminants. En principi, si es tractés de llots amb un alt continguten metalls pesants no hi hauria cap dubte del seu potencial efecte contaminant. Noobstant això, poden esmentar-se normes sobre sòls contaminats d’altres estatsmembres de la UE que exclouen la possibilitat de considerar l’aplicació al sòl de llotsd’EDAR com a potencialment contaminant (Alemanya i Suècia). Per descomptat, nosembla gaire lògic que l’aplicació de llots a l’agricultura o al sòl pugui ser considera-da com una activitat potencialment contaminant dels sòls, sempre que s’apliquin dinsels límits permesos als quals hem fet referència. En primer lloc, perquè ja hi ha unanormativa i uns controls previs que garanteixen l’aplicació de llots al sòl sense riscper a la salut i el medi ambient i, en segon lloc, perquè si a la reticència existent a l’a-plicació de llots a l’agricultura s’hi afegissin els controls que porta annexos la qualifi-cació d’una activitat com a potencialment contaminant, posaríem fi a la possibilitatde valoritzar aquest residu agrícolament o com a esmena del sòl.

26 | Marc jurídic


Malgrat que no es pot considerar com a activitat potencialment contaminant dels sòls, l’apli-cació agrícola de llots de depuradora aixeca força recels.

Així, el Dictamen del Comitè de les Regions de 13 de febrer de 2003, relatiu a unaestratègia temàtica per a la protecció del sòl, assenyala que la Directiva sobre llotsde depuradora no aconsegueix prevenir tots els efectes perjudicials sobre el sòl, jaque el control se centra en la prevenció de la contaminació dels sòls i la propagacióde malalties. L’ús de llots, especialment quan van acompanyats per altres agents –comara els fertilitzants orgànics i inorgànics–, pot resultar en l’eutrofització del sòl. Actual-ment, la Directiva no controla altres residus utilitzats a les terres de cultiu, com arallots procedents de la indústria paperera, residus d’aliments, rebuigs de calç, guixoso compost, els quals poden ocasionar contaminació i propagar malalties si no es ges-tionen de la manera adequada.

La incineració dels llots. Aprofitament energètic prioritzat per la regulació deles energies renovables

Una de les sortides tradicionals dels llots d’EDAR la constitueix la incineració, bé com aforma d’eliminació o com a forma de valorització sempre que es produeixi un aprofita-ment energètic. Segons estudis recents, actualment s’incineren a la UE aproximadament2,5 milions de tones de llots d’EDAR, quantitat que, sens dubte, en un futur pròxim aniràen augment com a conseqüència de les circumstàncies ja conegudes: la prohibició d’abo-cament de llots al mar o a aigües continentals, l’augment en la seva generació com a con-seqüència de l’esmentada Directiva 91/271/CE, la limitació de dipositar-los a abocadorstal com estableixen la Directiva 99/31/CE i el Reial decret 1481/2001 que la transposaals quals ens referirem més endavant i la impossibilitat de poder aplicar a l’agricultura elsllots que no compleixin les prescripcions establertes per la normativa relativa a l’aplicacióde llots al sòl. La pràctica de la incineració afecta cada vegada més els residus orgànics(de residus urbans i llots de depuració), malgrat que els estudis científics recents i les con-clusions de les conferències sobre el canvi climàtic de Bonn i Marràqueix hagin destacatla importància de les pràctiques de compostatge a fi de «retenir» grans quantitats de car-boni al sòl.

La regulació de la incineració dels llots d’EDAR es troba en les normes que han regulat laincineració de residus. Totes són normes que originàriament provenen de directives comu-nitàries prèvies, si bé el Reial decret 38/1975 que va desenvolupar la Llei 38/1972 de pro-tecció de l’ambient atmosfèric ja contenia previsions respecte a la incineració de llots d’E-DAR.

La incineració de residus es va regular a escala comunitària amb la Directiva 2000/76/CE,de 4 de desembre, que estableix una regulació única per a la incineració de residus peri-llosos i no perillosos, inclosos lògicament dins el seu àmbit d’aplicació els llots d’EDAR.Aquesta Directiva estableix unes estrictes condicions d’operació i requisits tècnics per ales plantes incineradores de residus. També fixa valors límit d’emissió per tal d’obtenir reduc-cions en les emissions de contaminants clau com ara partícules totals, òxids de nitrogen,diòxid de sofre, derivats del clor i metalls pesants. Com a novetat més important, es fixen

Marc jurídic | 27


Als fangs procedents delprocés, cal donar-los unamesura mediambientalacceptable

28 | Marc jurídic

valors límit en l’emissió de dioxines i furans, aspecte que les anteriors directives d’incine-ració de residus municipals no recollien. Quant a la incineració com a forma de valoritza-ció, requereix una sèrie de requisits per diferenciar-la de la incineració com a forma d’eli-minació. En l’afer Comissió/Alemanya (sentència de 13 de febrer de 2003), el Tribunal deJustícia Europeu va establir tres requisits per determinar si la utilització de residus com acombustible constitueix una operació de valorització d’acord amb l’epígraf R 1 de l’annexII B de la Directiva 75/442. En primer lloc, la finalitat essencial de l’operació a què es refe-reix aquesta disposició ha de ser la producció d’energia. En segon lloc, l’energia genera-da per la combustió dels residus i recuperada ha de ser superior a la consumida durantel procés de combustió i una part de l’excedent d’energia generat per aquesta combus-tió ha de ser utilitzada efectivament, immediatament, en forma de calor produïda per laincineració, o després de la transformació, en forma d’electricitat. En tercer lloc, s’ha deconsumir la major part dels residus durant l’operació i s’ha de recuperar i utilitzar la majorpart de l’energia generada.

La Directiva d’incineració de residus va ser transposada al nostre ordenament a través delReial decret 653/2003, de 30 de maig, pel qual s’estableixen les estrictes condicions d’in-cineració de residus, ja sigui com a forma de valorització o d’eliminació de residus.

Una altra de les regulacions que afecta directament els llots d’EDAR és la referida al règimde la producció d’energia en règim especial, quan aquest residu és emprat com a com-bustible per a la generació d’electricitat. En concret, el Reial decret 661/2007, de 25 demaig, que regula l’activitat de producció d’energia elèctrica en règim especial, és a dir, laproduïda per recursos o fonts d’energies renovables, residus i cogeneració. Aquesta nor-ma ubica dins el seu àmbit d’aplicació la denominada biomassa residual en què inclou elsllots d’EDAR, ja siguin emprats com a combustible principal o no, el biogàs generat enprocessos de digestió anaeròbia i la cogeneració en instal·lacions de tractament i reduc-ció de llots. Les conseqüències que els llots d’EDAR s’incloguin en l’àmbit d’aplicació d’a-quest Reial decret són principalment de contingut econòmic ja que l’energia produïda a par-tir d’ells serà prioritzada respecte del preu mitjà a què es ven l’energia abocada a la xarxa.És el denominat règim de primes. En resum, aquest Reial decret 436/2004 tracta de garan-tir la viabilitat de les instal·lacions que produeixen energia partint d’energies renovables,no només reconeixent la possibilitat de vendre la totalitat de l’energia elèctrica produïda,


sinó, a més a més, fixant un sistema d’incentius mitjançant primes a aquest règim sense,en principi, límit temporal.

Ens trobem, per tant, davant una possible destinació més dels llots d’EDAR que consisteixen la seva valorització com a combustible per generar energia i fomentar-la econòmicament.

Queden qüestions per resoldre com ara la durada d’aquestes primes a la generació d’e-nergia elèctrica i si el cost de la seva producció és sostenible sense l’ajuda estatal.

L’abocador com a destinació dels llots

Una de les destinacions tradicionals dels llots l’ha constituït l’abocament en abocadors deresidus urbans amb deshidratació prèvia. Segons dades de la Comissió Europea, s’estàproduint una reducció d’aquesta destinació, fet que no és casual. Això és conseqüènciade la recent Directiva 99/31/CE, relativa a l’abocament de residus, més vulgarment cone-guda com a Directiva d’abocadors, transposada al nostre ordenament pel Reial decret1481/2001, de 27 de desembre. Aquesta normativa limita la destinació a abocador delsllots per les previsions que es detallen a continuació:

a) L’exigència que qualsevol residu destinat a abocador sigui prèviament tractat.

b) La inadmissió de residus líquids; aquesta previsió obliga que qualsevol llot que esvulgui destinar a un abocador hagi de ser prèviament deshidratat mitjançant qualse-vol dels sistemes habitualment utilitzats a aquest efecte.

c) Els objectius ambiciosos de reducció de matèria orgànica (residus biodegradables)dels residus destinats a abocador. Sens dubte, el fet que aquesta norma obligui a reduiren un 25% la fracció orgànica biodegradable dipositada en abocadors per al 2006respecte a l’any 1995, percentatge que augmenta al 50% per a l’any 2009 i al 65%per a l’any 2016, suposarà necessàriament una reducció de la quantitat de llots d’E-DAR destinats a abocador.

d) L’eliminació mitjançant abocament és l’última opció en la jerarquia de gestió de resi-dus. Abans d’enviar un residu a abocador, caldrà mirar si és possible donar-li una altrasortida com ara l’aprofitament agrícola o la valorització energètica. En principi, única-ment haurien d’anar a abocador els llots que no han pogut ser aprofitats ni agrícola-ment, ni com a esmena orgànica de sòls, ni com a compost, ni com a biomassa, niels llots dels quals s’ha pogut obtenir qualsevol aprofitament.

Destinacions prohibides als llots. Els abocaments il·legals

Finalment, resta fer una breu referència a les destinacions considerades per l’ordenamentjurídic com a destinacions prohibides per a aquest residu concret.

Una altra de les sortides habituals als llots ha estat l’abocament al mar o a aigües conti-nentals. No obstant això, la protecció del medi marí i de les aigües continentals ha estatobjecte de nombrosos tractats internacionals i directives comunitàries, entre les quals cal

Marc jurídic | 29


destacar la Directiva 2006/11/CE, relativa a la contaminació causada per determinadessubstàncies perilloses abocades al medi aquàtic de la Comunitat. Pel que fa als llots d’E-DAR, la prohibició d’abocar-los va ser establerta per l’article 14 de la Directiva 91/271/CE,que va fixar a partir del 31 de desembre de 1998 la supressió d’aquests abocaments aaigües de superfície ja sigui des de vaixells, conducció per canonades o qualsevol altremitjà. El Reial decret llei 11/1995 que va transposar l’esmentada Directiva va incloure sen-se excepció aquesta prohibició.

Per consegüent, qualsevol abocament de llots realitzat a aigües de superfície, ja siguin marí-times o continentals, és considerat com un abocament il·legal i, en conseqüència, s’apli-caran les sancions corresponents. Si l’abocament es realitza a aigües de domini públichidràulic, s’aplicarà el quadre d’infraccions i sancions que conté el text refós de la Llei d’ai-gües. En canvi, si aquest abocament es realitza a aigües maritimocostaneres el règim san-cionador aplicable serà el contingut en la Llei de costes i en la Llei de ports i de la marinamercant, depenent de si els abocaments es realitzen de terra al mar o des de vaixells almar.

En la resta de casos en què l’abocament de llots d’EDAR sigui realitzat en altres medisque no siguin les aigües marítimes o continentals, el règim sancionador aplicable serà elcontingut en la Llei de residus per a l’abocament il·legal de residus.

Així mateix, si anem a l’extrem més punitiu, en aquells casos en què una disposició ina-dequada i il·legal d’aquest residu posés en greu perill el medi ambient o la salut de les per-sones podria arribar a ser constitutiu de l’ampli tipus que recull l’article 325 del Codi penalrelatiu als delictes contra el medi ambient.

En resum

Es tracta d’un tema en què es posa de manifest la dinàmica ambiental de problema - solu-ció - nou problema. De la solució al problema de la contaminació de les aigües com a con-seqüència de l’abocament de substàncies contaminants es deriva un nou problemaambiental en forma de residu: els llots de depuradora. Un nou problema al qual cal donaruna sortida mediambientalment acceptable i d’aquí que les diferents normes que regulenel reciclatge, la valorització i eliminació dels residus facin al·lusions directes o indirectes aaquest tipus de residu orgànic. Aquest residu constitueix un repte immediat a què no nomésla tècnica, sinó també el dret ambiental ha de donar una resposta regulant les seves des-tinacions més adequades, sempre a fi que es gestionin sense posar en perill el medi ambienti la salut de les persones.

30 | Marc jurídic


Bibliografia

ALENZA GARCÍA, J. F. El sistema de la gestión de los residuos sólidos urbanos en el dere-cho español. Madrid: MAP-BOE, 1997.

ALVAREZ CARREÑO, S. El régimen jurídico de la depuración de las aguas residuales urba-nas. Madrid: Montecorvo, 2002.

EMBID IRUJO, A. «Los servicios públicos del agua: su problemática jurídica con atención espe-cial al abastecimiento y la depuración de las aguas residuales». Revista Aragonesa de Admi-nistración Pública, núm. 9 (desembre de 1996).

ESTEVE I CAIRETA, L. L’administració de sanejament a Catalunya. Generalitat de Catalunya.Departament de Medi Ambient, 1998.

GARRIDO DE LAS HERAS, S. Regulación básica de la producción y gestión de residuos.Madrid: Confemetal, 1998.

GÓMEZ PALACIOS, J. M.; RUIZ DE APODACA, A.; REBOLLO, C.; AZCÁRATE, J. «European policyon biodegradable waste: a management perspective». Water, Science and Technology,núm. 46 (2002).

RUIZ DE APODACA ESPINOSA, A. Derecho ambiental integrado: la regulación de los lodos dedepuradora y de sus destinos. Madrid: Civitas, 2001.

«La regulación de los suelos contaminados». Revista de Gestión Ambiental, núm. 40(2003).

SANTAMARÍA ARINAS, R. J. El régimen jurídico de los vertederos de residuos. Madrid: Civi-tas, 1998.

SETUAÍN MENDÍA, B. «Apuntes sistemáticos sobre el régimen jurídico de los lodos de depu-radora: aportaciones de la Ley sobre Prevención y Control Integrado de la Contaminación».Revista Aranzadi de Derecho Ambiental, núm. 3 (2003).

Marc jurídic | 31


Fang deshidratat

La gestió de llots a CatalunyaMarc Moliner i Rafa. Cap de la Unitat de Biosòlids. Agència Catalana de l’Aigua

Producció de fang

El tractament de l’aigua residual urbana és competència de l’Administració pública, segonsel Decret legislatiu 3/2003, de 4 de novembre, pel qual s’aprova el text refós de la legis-lació en matèria d’aigües de Catalunya.

La depuració consisteix en la separació de l’aigua dels sòlids, la matèria orgànica i, en gene-ral, la càrrega contaminant, les quals passen a formar part del fang o llot. Així doncs, lageneració del fang és intrínseca als processos de depuració de l’aigua residual. Conse-güentment, la gestió del fang forma part del conjunt d’actuacions necessàries per al sane-jament de l’aigua residual a partir de la qual s’ha generat.

La producció de fang és, doncs, el resultat de l’activitat humana, i la seva quantitat i qualitatdepenen directament de l’aigua residual a partir de la qual es genera, que, al mateix temps,és producte del conjunt d’hàbits de la població a la qual es dóna servei.

Concretament, s’estima una producció entre 40 i 160 g de matèria seca (MS) de fang perhabitant i dia.1

Addicionalment, els processos de depuració també influeixen en la quantitat i les carac-terístiques del fang.

Un factor important que cal considerar en relació amb la gestió del fang de depuració ésl’elevat contingut d’aigua del material. Els sistemes d’espessiment de les estacions depu-radores d’aigua residual (EDAR) aconsegueixen sequedats del fang que habitualmentestan per sota del 5%. Així, el contingut d’aigua del fang espesseït és superior al 95%. Lagestió del fang en aquestes condicions és dificultosa i els costs associats al seu transporti a la seva disposició són molt elevats.

Marc jurídic | 33

1. Concretament, la mitjana de la generació de fang a Catalunya durant el 2005 fou de 56 g MS/hab./dia.


Per millorar la gestió del fang, es redueix el contingut d’aigua del material mitjançant pro-cessos mecànics de deshidratació –duts a terme a la mateixa EDAR on es genera el fango a EDAR properes. Mitjançant la deshidratació mecànica –filtres o centrífugues, majorità-riament– s’aconsegueixen sequedats del fang entre el 20% i el 35%. Un cop deshidratat, elfang presenta una naturalesa pastosa i es pot transportar en contenidors o camions pro-veïts de bolquet.

Gestió de fang

Condicionants que afecten la gestió del fang

La gestió del fang està sotmesa a diversos condicionants que estan en constant evolu-ció. Aquests condicionants són:

- Legals- Tècnics- Ambientals o energètics- Logístics- Conjunturals- Econòmics o financers

Legals

Hi ha abundant normativa relativa a les diferents vies de gestió del fang, d’una part de laqual es remarca la incertesa de l’evolució (en contingut i terminis d’aplicació).

En termes generals, cal assenyalar el fet que diversos estudis realitzats han conclòs

que la valorització agrícola del fang de depuració és la via de gestió òptima del material, quansigui possible.

Aquesta via es considera molt més adequada que altres destinacions que històricaments’han adoptat per al fang (concretament la disposició en abocador i l’abocament almar).2

L’establiment de la valorització agrícola com a destinació prioritària del fang de depuracióes recull en diverses normatives i directrius d’àmbit comunitari –VI Programa d’acciócomunitari en matèria de medi ambient, Medi ambient 2010. El futur és a les nostres mans–i estatal –Pla nacional de llots de depuradores d’aigües residuals (2001-2006) (PNLD), apro-vat pel Consell de Ministres en una reunió l’1 de juny de 2001.

L’esmentat criteri coincideix amb la normativa relativa a residus d’àmbit europeu, estatali català (Llei 10/1998, de 21 d’abril, de residus; Llei 15/2003, de 13 de juny, de modifica-ció de la Llei 6/1993, de 15 de juliol, reguladora dels residus), que estableix la jerarquiasegüent per a la gestió dels residus:

34 | Marc jurídic

2. Prohibit per la Directiva 91/271, transposada a la legislació espanyola en el Reial decret llei 11/1995.


- Minimització- Valorització- Disposició del rebuig (abocador i incineració)

Concretament, la Llei 15/2003, de 13 de juny, de modificació de la Llei 6/1993, de 15 dejuliol, reguladora dels residus, concreta la jerarquia tal com segueix:

a) La prevenció i la minimització dels residus i de la seva perillositat.b) La reutilització dels residus.c) La recollida selectiva dels residus.d) El reciclatge i altres formes de valorització dels residus.e) La valorització energètica dels residus.f) La disposició del rebuig.g) La regeneració dels sòls i dels espais degradats.

La valorització agrícola del fang s’inclou en el reciclatge i altres formes de valorització, iaquesta gestió se situa per davant de la valorització energètica, la incineració del fang i laseva disposició en dipòsits controlats.

No obstant això, cal assenyalar que la valorització agrícola del fang no és possible a totsels països de la UE. Concretament, diversos estats disposen de normativa específica quelimita o impedeix l’aplicació del fang en profit de l’agricultura com a pràctica de gestió.

Tècnics

Representen condicionants tècnics l’estat de l’art de les tecnologies existents de tracta-ment de fangs i l’evolució de la qualitat i quantitat dels fangs que s’ha de processar.

La destinació del fang està fortament condicionada per la seva qualitat i pel tipus de trac-tament al qual ha estat sotmès el material. Cal considerar que la quantitat i la qualitat delfang depenen directament de la quantitat i la qualitat de l’aigua que es depura (concreta-ment la seva càrrega contaminant).

Ambientals o energètics

Es refereixen a les directrius bàsiques en matèria ambiental, en relació amb les rutes com-pletes de generació - tractament - eliminació.

Conjunturals

Entre d’altres, es detallen els condicionants conjunturals següents:

a) Acceptació socialb) Cost de l’energia (energia elèctrica i gas natural)c) Cost dipòsit controlatd) Oferta gestió privada

L’acceptació social està fortament lligada a l’impacte ambiental i les molèsties (olors,sorolls…) generats pels sistemes de gestió.

Marc jurídic | 35


Al mateix temps, hi pot haver rebuig de sectors concrets a determinades solucions de ges-tió del fang. A tall d’exemple, és coneguda l’oposició social que es configura enfront deles tecnologies d’incineració de residus. De fet, durant els darrers anys, s’ha estès una sen-sibilització general contrària a la implantació d’instal·lacions de tractament i disposició deresidus, que dificulta molt sensiblement el desenvolupament de l’activitat relativa a la ges-tió de residus, en general, i de fang, en particular.

El cost de l’energia condiciona notablement la gestió del fang, principalment aquells sis-temes de tractament amb un important component energètic associat (especialment, asse-catges tèrmics).

Es posa en relleu l’existència d’una notable oferta de gestió privada del fang que permetreduir les inversions que ha de realitzar l’Agència Catalana de l’Aigua (ACA) i les obliga-cions associades a l’existència de contractes d’explotació.

Es remarca la incertesa de l’evolució dels condicionants conjunturals.

Logístics

Es refereixen principalment a les condicions d’emmagatzematge, transport i distribució delsfangs en cadascuna de les etapes considerades: generació, tractament i eliminació o des-tinació.

Econòmics o financers

Resulta obvi que el cost econòmic dels sistemes que cal implantar i utilitzar constitueix undels principals condicionants que s’han de considerar a l’hora de planificar la gestió delfang.

Es refereixen explícitament als paràmetres econòmics de cada tecnologia –inversions, cos-tos d’operació i manteniment, economies d’escala...– i als costos associats a les diver-ses opcions d’eliminació.

Estratègia històrica d’actuació a Catalunya

Sobre la base del marc legal vigent, l’ACA ha planificat i ha dut a terme la gestió del fangde depuració d’aigües residuals urbanes. Concretament, la gestió del material s’ha basaten les directrius següents:

- Reducció de la producció de fang –en producció i contingut d’aigua– i adequaciódel material a les seves destinacions finals.- Aplicació en profit de l’agricultura del fang apte per a aquesta destinació.- Reducció de l’aplicació del fang destinat a dipòsit controlat.- Estudi i adquisició d’experiència de diversos sistemes de gestió del fang.

36 | Marc jurídic


Reducció i adequació del fang

La reducció de la producció del fang es duu a terme mitjançant diverses actuacions:

- Control dels abocaments industrials a la xarxa de sanejament d’aigua urbana.- Reducció i estabilització de la matèria orgànica del fang mitjançant la implantacióen les EDAR de sistemes d’aeració i digestió.- Implantació de sistemes de deshidratació mecànica amb capacitat per tractar la tota-litat del fang generat a Catalunya i millora contínua dels sistemes existents per reduirla quantitat d’aigua que cal gestionar amb el fang.- Implantació de plantes de posttractament de fang (assecatges tèrmics i compos-tatges).

Les actuacions anteriors també tenen un efecte d’adequació del fang a la seva destina-ció final, per permetre que la gestió es realitzi en millors condicions i a un cost econòmicreduït.

Aplicació en profit de l’agricultura

L’aplicació del fang de depuració en profit de l’agricultura està regulada pel Reial decret1310/1990, de 29 d’octubre, pel qual es regula la utilització dels fangs de depuració enel sector agrari.

L’esmentada normativa fixa els criteris d’aptitud del fang per ser aplicat en profit de l’agri-cultura segons les seves característiques i les del sòl on s’aplicarà. Concretament, s’es-tableixen: 1) els llindars màxims de contaminants –concretament metalls pesants; 2) el trac-tament al qual ha d’haver estat sotmès el fang, i 3) les condicions per a l’aplicació adeterminats conreus.

El Reial decret 1310/1990 indica que «la valorització agrícola del fang permet la seva incor-poració als cicles naturals i d’energia. S’aconsegueix, així, un doble benefici, ambiental iagrari, conseqüència, d’una banda, de la seva eliminació sense alteració rellevant de l’e-quilibri ecològic, i de l’altra, de l’efecte que es deriva de la seva aplicació en els nostressòls, que observen una accelerada i preocupant disminució del seu contingut en matèriaorgànica amb la gran quantitat de problemes associats a aquest fet».

En el cas de Catalunya, s’ha constatat una excel·lent acceptació de la utilització del fangen l’agricultura de producció.

Al mateix temps, la utilització de fang com a adob permet evitar l’ús de fertilitzants quí-mics, fet que comporta notables beneficis energètics i ambientals.

A través de l’estudi de diversos exemples reals i de simulacions d’aplicació de fangs allarg termini, es pot demostrar que emprant fangs amb índexs mitjans de contaminants–elements potencialment tòxics i microcontaminants orgànics– a dosis calculades sobrela base de criteris agronòmics, apareixen molt abans raons de tipus agronòmic que fandesaconsellable l’ús dels fangs –gairebé sempre índexs excessius de P-Olsen– que nopas limitacions de tipus mediambientals –normativa sobre acumulació d’EPT i de conta-minants orgànics. Així, es determina que la primera –i millor– mesura de protecció delssòls és la utilització del fang sota els principis de la gestió de la fertilitat del sòl.

Marc jurídic | 37


38 | Marc jurídic

EDAR

Flux en la gestió de fangs

GasificacióVitrificació

Productor Gestor

Post tractamentfangs

Valoració/disposició

Fang espesseït

EDAR externa

Digerit

DeshidratacióEDAR

Abocador

Valoracióenergètica

No digerit Assecatge tèrmic

CompostatgeValoració

agronòmicaAplicació directa

Recuperaciópedreres

Abocador

ComplimentRD 1310

Més usual

No compliment RD 1310

No recomanat, cal reduirvolum prèviament

Des de fa anys, hi ha obert un procés d’elaboració d’una nova normativa per a l’establi-ment de nous criteris per a la valorització agrícola del fang de depuració en el marc de laUnió Europea. Com a resultat d’aquest procés, s’ha redactat el document Working docu-ment on sludge, 3r Draft, ENV.E.3/LM (Brussel·les, 27 d’abril de 2000), que incorpora, amés dels llindars de metalls pesants, l’establiment de limitacions per a diversos microcon-taminants orgànics, així com la presència de microorganismes patògens. L’aplicació del’esmentada normativa en els termes actualment establerts condicionaria notablement l’ac-tual gestió dels fangs en profit de l’agricultura a Catalunya. No obstant això, l’esborranyde la normativa en qüestió està en fase de discussió des de l’any 2000 i no es disposad’informació relativa als terminis de la seva aprovació ni de les modificacions que s’hi incor-poraran.

A fi i efecte d’adequar el material a les millors condicions per a la seva valorització agríco-la, l’ACA ha promogut la implantació de diverses plantes de compostatge de fang, cincactualment.

Reducció de l’aplicació del fang destinat a dipòsit controlat

L’objectiu principal de la gestió del fang a Catalunya ha estat reduir al mínim possible la quan-titat de fang destinada a dipòsit controlat.

Aquest objectiu s’ha concretat en dues línies d’actuació:

- Evitar la destinació a abocador de fang apte per aplicar en profit de l’agricultura.

- Reduir la massa de fang no apte per a la valorització agrícola, mitjançant la implan-tació de plantes d’assecatge tèrmic de fang amb capacitat suficient per al tractamentdel fang que es destina a abocador. Mitjançant l’assecatge tèrmic s’aconsegueix l’e-


liminació de la pràctica totalitat de l’aigua continguda en el fang. Amb l’esmentadaactuació es redueix el volum de dipòsit utilitzat, així com els costs de gestió.

Estudi i adquisició d’experiència de diversos sistemes de gestió del fang

Amb l’objectiu de disposar de coneixement directe de nous sistemes de gestió de fang ipoder-ne diversificar les línies de tractament, durant els darrers anys s’han realitzat diver-sos estudis d’enviament del fang –alguns dels quals han anat acompanyats d’experièn-cies pràctiques– a les destinacions següents: 1) restauració de pedreres, 2) incorporacióen la fabricació de materials de construcció, 3) valorització energètica en plantes cimen-teres en substitució del combustible habitualment emprat, 4) valorització energètica en cen-trals tèrmiques de producció elèctrica en substitució del combustible habitualment emprat,i 5) gasificació.

Situació actual

Producció i destinacions

Actualment a Catalunya hi ha en servei 330 estacions depuradores d’aigua residual urba-na.

L’any 2005 es van generar a Catalunya 539.000 tones de fang deshidratat –amb una seque-dat mitjana del 26,6%, que equivalen a 143.000 t MS/any.

La pràctica totalitat del fang generat per les EDAR urbanes és deshidratat.

Un cop deshidratat, el fang és enviat a les destinacions següents: 1) agricultura, 2) plan-tes de post tractament –assecatges tèrmics i compostatges públics o compostatgesexterns–, i 3) abocadors.

Per poder ser aplicat en profit de l’agricultura, el fang ha d’acomplir els llindars de con-centració de contaminants establerts per la normativa vigent i ser tractat. A Catalunya s’es-tableix que el fang tractat ha d’haver estat sotmès a un procés de digestió –aeròbica oanaeròbica– a l’EDAR o haver estat compostat o assecat tèrmicament.

Capacitat de posttractament

Les plantes de posttractament aconsegueixen una reducció de la massa i el volum del fangmitjançant la reducció del contingut d’aigua. En el cas del compostatge també es produeixuna reducció de la matèria orgànica. Al mateix temps, el posttractament del fang propor-ciona la higienització del material.

A les plantes de compostatge es realitza la descomposició biològica, aeròbica i termòfi-la, sota condicions controlades, d’una part de la matèria orgànica continguda en elsfangs. El procés descrit aconsegueix reduir la massa i el volum del fang i permet obtenirun producte (compost) estable i higienitzat, apte per a l’aplicació al sòl.

Marc jurídic | 39


40 | Marc jurídic

Planta d’assecatge tèrmic

Planta de compostatge

En les plantes d’assecatge tèrmic es redueix l’aigua continguda en els fangs per evapo-ració mitjançant l’aportació de calor. Així, s’aconsegueix disminuir la massa i el volum delfang i obtenir un producte (fang sec) estable i higienitzat, apte per a l’aplicació al sòl enprofit de l’agricultura, en dipòsit controlat o com a combustible. La calor necessària peral desenvolupament del procés d’assecatge descrit pot procedir de calderes o dels gasosde combustió de motors de generació d’energia elèctrica associats a la planta (cogene-ració).

Per al tractament del fang, a Catalunya es disposa de les següents plantes de titularitatpública: cinc plantes de compostatge –Manresa, Vilaseca, Teià, Blanes i Olot– i nou asse-catges tèrmics –Sabadell, Montornès del Vallès, Banyoles, Besòs, Rubí, Mataró, Grano-llers, el Prat de Llobregat i Vic.

Entre les plantes públiques i les plantes privades, es disposa de capacitat per compostarla totalitat del fang apte per a l’agricultura que no ha estat sotmès a un tractament de diges-tió a la mateixa EDAR.

Es disposa de capacitat per destinar a l’assecatge tèrmic la totalitat de fang no apte pera l’aplicació en profit de l’agricultura.

Hi ha suficient superfície agrària útil a Catalunya per aplicar el fang apte per a agricultura


Marc jurídic | 41

t/any

Prod. (Sortida EDAR) t MS 143.455

Destinació principal (final) t/any

Agricultura i jardineria 41.189

Abocadors 28.593

Compostatges externs 43.346

Valorització energètica 22.137

TOTAL 135.264

TRACTAMENT DE LA MS t/any

Compostatges ACA 8.519

Compostatges externs 33.080

Total compostatges 41.599

Assecatges tèrmics 66.226

Deshidratació* 8.519

TOTAL 116.343

Producció de matèria seca. Destinació dels fangs. Àmbit Catalunya. Període 2005. t = matèria seca

*ALTRES EDAR // Es consideren totes les entrades de material a les instal·lacions de posttractament,independentment del seu origen.

AGRICULTURA I JARDINERIA 30%

ABOCADORS 21%

VALORITZACIÓ ENERGÈTICA 16%

DESHIDRATACIÓ 7%

COMPOSTATGES ACA 7%

ASSECATGES TÈRMICS 58%

COMPOSTATGES EXTERNS 28%

COMPOSTATGES EXTERNS 33%

que ha estat assecat, digerit i/o compostat. Com a dada indicativa, es fa esment que elN aportat pel fang constitueix un percentatge inferior al 4% del N contingut en les dejec-cions de la cabana ramadera de Catalunya.

Destinació final

Durant l’any 2005, la quantitat de fang finalment gestionat –després d’haver-lo tractat– vaascendir a 366.000 tones, amb una sequedat mitjana del 36,9%.3

La distribució de destinacions finals del fang (en percentatge de matèria total o fresca) vaser la següent:

74% a agricultura o jardineria.19% a dipòsit controlat.7% a valorització energètica en cimentera.

Al voltant del 22% de la matèria seca del fang va destinar-se fora de Catalunya (amb ori-gen als assecatges tèrmics del Besòs i del Prat de Llobregat).

3. Cal fer constar que es considera com a destinació final les plantes de compostatge privades, en les qualsel fang és sotmès a un procés d’estabilització i reducció de massa, per ser finalment destinat en profit de l’a-gricultura o jardineria.


Planificació de la gestió de fangs a Catalunya

Durant els propers anys, està previst que la producció de fang de depuració d’aigua resi-dual urbana a Catalunya es mantingui estable al voltant de les 150.000 t MS/any.

El juny de l’any 2001, l’ACA va redactar el Programa de tractament dels fangs de les depu-radores d’aigües residuals urbanes –Programa de fangs– per planificar la gestió delsfangs a Catalunya.

En els darrers anys han tingut lloc diferents canvis en relació amb les condicions de tre-ball en l’explotació, gestió i tractament dels biosòlids, i també s’han adquirit nous conei-xements sobre el seu comportament segons el tipus de tractament.

Aquestes variacions afecten sensiblement les determinacions tècniques del Programa defangs redactat l’any 2001. Consegüentment, s’ha convingut en la necessitat d’efectuar unarevisió del Programa de fangs per tal de contribuir a l’optimització tècnica, ambiental i econò-mica de la gestió dels fangs generats en els processos de depuració de les aigües resi-duals urbanes de Catalunya.

Amb l’esmentada finalitat, des de finals de l’any 2005 s’han iniciat els treballs d’elabora-ció del nou Programa de fangs.

La definició del marc d’actuació té un component administratiu i polític definitiu, el qual supe-ra les competències de l’ACA. Per tant, cal el compromís i la implicació directa dels diferentsàmbits de l’administració competent en la definició d’aquest marc.

Així, els treballs d’elaboració del Programa de fangs han comptat amb la participació delsdiferents agents de l’Administració autonòmica directament implicats en la gestió dels fangs–ACA, Agència de Residus de Catalunya, Direcció General de Qualitat Ambiental, Direc-ció General de Polítiques Ambientals i Sostenibilitat del Departament de Medi Ambient iHabitatge i el Departament d’Agricultura, Ramaderia i Pesca.

Atenent l’estat actual i la futura evolució dels condicionants que afecten la gestió del fangi les aportacions dels representants dels diferents àmbits de l’Administració participantsen l’elaboració del Programa de fangs, s’han establert un seguit de criteris que han de ser-vir de base per a la redacció del Programa.

El principal objectiu de la gestió del fang és dotar-se d’un marc d’actuació el màxim establepossible i capaç d’adaptar-se a l’evolució dels diversos condicionants que l’afecten, amb costseconòmics ajustats.

Cal considerar que les actuacions dutes a terme en el marc del Programa de fangs han deservir per afrontar de manera favorable els diferents escenaris possibles en el futur. Així, partde les actuacions derivades d’aquest programa poden tenir el seu objectiu (més enllà decobrir les necessitats del present) en el fet situar-se en millors condicions per fer front al’evolució dels condicionants que afecten la gestió del fang. Així, cal tenir en compte quela implantació d’actuacions pot tenir l’efecte contrari al desitjat. Concretament, sota un cri-teri estrictament econòmic, la implantació de noves plantes d’assecatge tèrmic de fang basa-des en la generació de calor a partir de la combustió de gas natural pot derivar en una explo-tació deficitària segons quina sigui l’evolució del preu del combustible en qüestió.

42 | Marc jurídic


De forma general, sembla clar que la gestió del fang ha de basar-se en les premissessegüents:

- Minimització de la generació de fang i millora de la seva qualitat segons les sevesdestinacions finals.4

- Màxima diversificació de les destinacions del fang –a fi i efecte d’adaptar-se a l’e-volució dels condicionants que afecten la gestió del material.- Reducció d’incerteses.- Disseny d’una solució específica per al fang generat per les EDAR del Besòs i delPrat de Llobregat.- Minimització de l’impacte ambiental i social associat a la gestió.- Minimització del cost econòmic associat a la gestió.- Aproximació de la gestió al punt de producció del fang quan sigui possible.

Marc jurídic | 43

4. Mitjançant l’actuació sobre el component industrial dels efluents de les EDAR i sobre els processos de trac-tament del fang.


44 | Marc jurídic

Recull normatiu

Unió Europea

- Directiva 86/728/CEE del Consell, de 12 de juny de 1986, relativa a la pro-tecció del medi ambient i, en particular, dels sòls, en la utilització dels llots dedepuradora en agricultura.

- Directiva 91/271/CE del Consell, de 21 de maig de 1991, sobre el tracta-ment d’aigües residuals urbanes.

- Directiva 1999/31/CE del Consell, de 26 d’abril, relativa a l’abocament deresidus.

- Directiva 2004/35/CE sobre responsabilitat mediambiental en relació amb laprevenció i reparació de danys mediambientals.

- Directiva 2006/21/CE sobre la gestió de residus d’indústries extractives i perla qual es modifica la Directiva 2004/35/CE.

Estat espanyol

- Reial decret 1310/1990, de 29 d’octubre, pel qual es regula la utilització delsllots de depuració en el sector agrari.

- Ordre 1993/26572, de 26 d’octubre, sobre utilització de llots de depuracióen el sector agrari.

- Reial decret llei 11/1995, de 28 de desembre, pel qual s’estableixen les nor-mes aplicables al tractament de les aigües residuals urbanes.

- Reial decret 509/1996, de 15 de març, de desenvolupament del Reial decretllei 11/1995, de 28 de desembre, pel qual s’estableixen les normes aplicablesal tractament de les aigües residuals urbanes.

Catalunya

- Decret legislatiu 3/2003, de 4 de novembre, pel qual s’aprova el text refósde legislació en matèria d’aigües a Catalunya. DOGC 21/011/2003, modificatper la Llei 12/2004, de 27 de desembre, de mesures financeres (DOGC 4292de 31.12.04), modificat per la Llei 21/2005, de 29 de desembre, de mesuresfinanceres (DOGC 4541 de 31.12.05).

- Resolució MAB/2370/2006, de 3 de juliol, per la qual es fa públic l’acord delgovern de 20 de juny de 2006, pel qual s’aprova el programa de sanejamentd’aigües residuals urbanes 2005 (DOGC 19/07/2006).


La gestió municipal dels fangs a SaragossaAntonio Silva Frías. Cap de la Secció de Control. Depuració Aigües Residuals de Saragossa

Antecedents

L’Ajuntament de Saragossa en l’àmbit de les seves competències escomet des de fa anysles actuacions necessàries per a la depuració de les aigües residuals urbanes de la ciu-tat, en compliment del que estableix la Directiva 91/271/CEE del Consell, de 21 de maig,sobre el tractament de les aigües residuals urbanes, traslladada al dret intern espanyol através del Reial decret llei 11/1995, de 28 de desembre, i el Reial decret 509/1996, de 15de març, de desenvolupament de l’anterior.

Com a resultat d’un gran esforç inversor realitzat en molts casos sense ajuda autonòmi-ca ni estatal,

actualment hi ha dues grans estacions depuradores d’aigües residuals urbanes en funciona-ment, La Almozara i La Cartuja, que donen tractament adequat a la gairebé totalitat de lesaigües residuals originades per les activitats fonamentalment domèstiques o assimilables quees produeixen al terme municipal de Saragossa.

Solucions adoptades en el tractament de fangs

Els tractaments utilitzats en la depuració de les aigües residuals urbanes depenen fonamen-talment dels límits a l’abocament efluent fixats per la Directiva 91/271/CEE. Per consegüent,les operacions unitàries i els processos de tractament dels fangs estan condicionats, en granpart, pels tractaments utilitzats en la línia d’aigua i responen, generalment, a classificacionstípiques, que poden presentar lleugeres variacions segons la destinació final que es pre-tengui donar als fangs.

Els fangs extrets en la depuració de les aigües residuals (LD), codi CER 190805, estan cons-tituïts per aigua, matèries minerals inertes i material combustible (del qual una fracció ésmatèria volàtil i una altra és carboni fix).

Els fangs procedents dels tractaments primari i secundari de la depuració de les aigües resi-duals urbanes presenten un alt contingut en matèria orgànica molt putrescible que ha de serestabilitzada,

així com una gran quantitat d’aigua que ha de ser reduïda o eliminada, per la qual cosas’utilitza principalment l’espessiment per flotació o gravetat, i es pot considerar aquestesoperacions unitàries com a etapes preparatòries dels processos següents utilitzats en eltractament dels fangs.

Món municipal | 45


46 | Món municipal

Decantador secundariDecantador primari

8.435 Kg/dia282 m3/dia



2.450Nm3/dia

1.776Nm3/dia

2.450 m3/dia

674 Nm3/dia

5.713x7/5 Kg/dia154x7/5 m3/dia

Espesseïdorfangs

Digestorprimari

Digestorsecundari

Deshidrataciófangs

Gasòmetres735 m3

Motogenerador154 Nm3/h

Calderes269 Nm3/h

Cremadorbiogàs excés

Figura 1. Diagrama de blocs línia de fangs i biogàs EDAR Almozara (dades de disseny)

Línia de biogàsLínia de fangs

Processos utilitzats en l’estabilització dels fangs

L’estabilització de la matèria orgànica continguda al fang pot dur-se a terme a través de diver-sos sistemes de tractament com són: la digestió anaeròbica o aeròbica, l’estabilització quí-mica, el compostatge en les seves diferents modalitats, tractaments tèrmics (assecatge oincineració), etc. Tots aquests tractaments permeten obtenir un fang més estabilitzat, ambun grau major d’higienització i, en general, amb un menor contingut en humitat i/o mate-rial biodegradable o un residu mineral inert en el cas de la incineració. En tots els tracta-ments, els fangs prèviament s’espesseixen per flotació o gravetat amb la finalitat d’extreu-re una part de l’aigua que contenen, la qual cosa optimitza i facilita qualsevol tractamentposterior.

A l’EDAR de La Almozara, per estabilitzar la matèria orgànica dels fangs s’utilitza la diges-tió anaeròbica (figura 1), que la redueix entorn del 45% i és la fracció més biodegradable,i per tant susceptible d’originar molèsties per males olors i/o problemes d’insalubritat encas que no sigui eliminada. Aquest tractament va precedit d’un espessiment per gravetatfins a aconseguir una sequedat pròxima al 5%.

El procés d’estabilització de la matèria orgànica per digestió anaeròbica es du a terme engrans tancs anomenats digestors, on es desenvolupen determinades poblacions de micro-organismes que transformen una part de la matèria orgànica continguda als fangs, fet quedóna lloc a una sèrie de productes estables entre els quals predominen el metà i el diòxidde carboni. La principal finalitat que es persegueix amb aquest procés és aconseguir l’e-


Món municipal | 47

Figura 3. Formació de metà en la digestió anaeròbica

Figura 2. Diagrama sistema recuperació energia EDAR Almazora

SUBSTÀNCIES COMPLEXESDE L’AIGUA RESIDUAL

- Carbohidrats- Proteïnes- Lípids

GRUPS BACTERIALS

1. Bacteris fermentetius2. Bacteris acetogènics productors d’hidrogen3. Bacteris acetogènics consumidors d’hidrogen4. Bacteris metanògens reductors de CO25. Bacteris metanògens aceticlàstics

Substàncies orgàniques solublesmés simples

CH4, CO2 Acetat

1

1

11

2

3

4 5

Propionat,Butirat, etc.

Àcids grassosde cadena

llarga

CH4, CO2

liminació de la fracció de la matèria orgànica més fàcilment putrescible que, si no fos eli-minada, donaria lloc a problemes sanitaris a l’abocador o al lloc on s’utilitzés el fang. D’al-tra banda, el percentatge elevat de metà en el biogàs obtingut com a subproducte de ladigestió en fa possible l’aprofitament energètic (figura 2).

El procés de digestió anaeròbica, segons l’esquema proposat per Parkin i Owen, es potdescompondre en tres etapes fonamentals: 1) hidròlisi, liqüefacció i fermentació, 2) for-mació d’hidrogen i àcid acètic, i 3) fermentació de metà; etapes realitzades per cinc grupsbacterials principals, cadascun amb metabolisme dependent dels altres grups involucratsen el procés (figura 3).

Al circuitd’escalfament

de fangsSilenciadors

By-pas

Intercanviadorprimari

Xarxa d’aiguaindustrial

Intercanviadord’emergència

Recuperadorde gasos

d’escapament

T I T I

T I

T IT I

T IT I

T I

PS

M

Grupmotogenerador

Biogàs

Esquema del sistema d’aprofitamentde la calor de la refrigeració del grupmotogenerador

Torre derefrigeració


Perquè el procés es desenvolupi d’una manera satisfactòria, cal que es compleixin unasèrie de condicions, entre les quals les principals són: nutrients suficients, absència de tòxicsinhibidors i condicions ambientals apropiades (pH aproximadament neutre, temperaturaadequada, temps de retenció suficientment elevat, etc.).

Actualment s’utilitza gairebé exclusivament la digestió d’alta càrrega, caracteritzada pelmanteniment a l’interior del digestor d’una temperatura d’uns 35°C i una bona barreja peraconseguir l’homogeneïtat del seu contingut. En aquestes condicions i amb un temps deretenció de 15-20 dies s’aconsegueix l’eliminació d’un percentatge de la matèria orgàni-ca d’aproximadament el 40-50%, que resulta suficient per a l’objectiu cercat.

Com a conseqüència d’aquest procés es produeix una certa quantitat de biogàs (0,75-1m3 per kg de matèria volàtil destruïda) i la seva composició mitjana és la següent:

Metà 55-75%Diòxid de carboni 25-45%Nitrogen 2-6%Hidrogen 0,1-2%Aigua 0,1-1%Sulfur d’hidrogen 0,1-2%

A més, hi ha rastres d’altres components com ara amoníac, metalls pesants, hidrocarburs,etc.

La presència d’aquest alt contingut de metà en el biogàs li proporciona un poder calorí-fic de 4.500-6.000 kcal/m3 que pot ser aprofitat en primer lloc per a l’escalfament delsfangs que permeti mantenir a l’interior del digestor una temperatura pròxima als 35°C.La idea de l’aprofitament del gas de digestió per a la producció d’energia elèctrica sor-geix quan es comprova que per a l’escalfament dels fangs n’hi ha prou amb un 30-60%del seu poder calorífic, i hi ha un important excés d’energia en el biogàs. Els principalsfactors que incideixen en la necessitat de calor dels fangs són la concentració amb quèel fang és introduït al digestor i el grau d’aïllament tèrmic del digestor i la xarxa de cano-nades. Evidentment, la necessitat de calor també varia molt amb l’estació de l’any segonsla diferència de temperatures entre l’interior del digestor, el fang fresc i l’ambient.

Quan el tractament d’estabilització a què se sotmet el fang és la incineració (pot conside-rar-se com un sistema radical d’estabilització de la matèria orgànica), el que és desitjableés que el fang tingui una sequedat adequada i que contingui el major percentatge de matè-ria volàtil. Per aconseguir la sequedat esmentada, s’utilitza la deshidratació mecànica queutilitza el buit, la força centrífuga o una combinació de gravetat, pressió i desplaçament.

Els fangs d’aigües residuals urbanes, especialment els biològics, es caracteritzen per unenllaç especialment intens de l’aigua amb la matèria sòlida. Per això, el grau de deshidra-tació que pot aconseguir-se per mitjans mecànics és bastant modest (entre el 20% i el 40%de sequedat). No obstant això, si utilitzem centrifugadores, com en el cas de l’EDAR deLa Cartuja, la sequedat obtinguda normalment (27%) pot ser suficient per aconseguir l’au-tocombustió dels fangs en la incineració en forns de llit fluid; en altres casos pot ser queno n’hi hagi prou i és necessari l’assecatge tèrmic d’un petit percentatge (10-15%) del fangper elevar la sequedat del conjunt barrejat (figura 4).

48 | Món municipal


Món municipal | 49

Decantació secundariaDecantació primària

19,3 t/dia

Espesseïmentfangs

Deshidrataciófangs

Assecatgefangs

Incineraciófangs

Matèries inertes 46.712,6 Kg/dia

Calories aportades29.159,5 Th/h

Figura 4. Diagrama de blocs línia de fangs i biogàs EDAR La Cartuja (dades de disseny)

73.594 Kg/dia4.906 m3/dia

139.100 KgMS/dia20.356 m3/dia

139.100 KgMS/dia4.254 m3/dia

119,8 t/dia

65.500 Kg/dia15.450 m3/dia

19,3 t/dia

19,3 t/dia

Per obtenir la reducció més completa del volum de fangs, es disposa de dos mètodes de trac-tament tèrmic: l’assecatge tèrmic i la incineració de fangs.

Ambdós mètodes redueixen dràsticament el volum de fangs o residus que cal transpor-tar i abocar.

Les dificultats creixents per disposar d’abocadors, les majors restriccions aplicades en lapràctica a l’ús dels fangs en l’agricultura, el fort increment de la producció de fangs perl’extensió de la depuració de les aigües residuals urbanes d’acord amb Directiva 271/91(vegeu Pla nacional de llots de depuradora 2001-2006), l’increment significatiu i continudels costos de transport i d’abocament, la necessitat de reduir la humitat i el contingut dematèria orgànica que incorporen per ser admesos als abocadors, i en general la gestiódels fangs, fan que

la incineració amb valorització energètica després de diferents processos de deshidrataciómecànica com a solució final per als fangs resulti cada vegada més atractiva i necessària.

Els sistemes d’incineració estan dissenyats per destruir únicament els components orgà-nics dels fangs; no obstant això, no és el component exclusiu, ja que contenen tant com-postos orgànics combustibles com matèries minerals inertes no combustibles. A través dela destrucció de la fracció orgànica i la seva conversió a diòxid de carboni i vapor d’aigua,la incineració redueix el volum dels residus als components inorgànics no combustibles, enfacilita la gestió i redueix l’amenaça al medi ambient, ja que els components orgànicsinclouen components perillosos. No obstant això, és convenient eliminar-los o reduir-los enorigen separant les aigües domèstiques i de les indústries compatibles amb les urbanesd’aquells altres abocaments industrials difícils de tractar per a la seva reutilització, o que


50 | Món municipal

Figura 5. Diagrama sistema recuperació energia EDAR La Cartuja

necessitin depuradores especials per a un tractament correcte, a través d’un control mésrigorós de les autoritzacions d’abocament a les xarxes municipals de clavegueram.

L’operació d’incineració de fangs considerada com un sistema radical d’estabilitzaciópresenta inconvenients importants que poden eliminar-se o reduir-se a índexs tolerables,sempre que es faci respectant el marc normatiu existent, però també cal reconèixer-li avan-tatges com ara els següents:

- Elimina totalment l’aigua i els compostos volàtils, i redueix el volum del fang humitaproximadament un 95%.- Destrueix i redueix a límits acceptables els compostos orgànics perillosos que con-tenen els fangs i que poden crear problemes mediambientals.- Elimina els patògens amb garantia total.- Permet recuperar energia per a altres usos (figura 5).

D’altra banda, la valorització energètica dels fangs obtinguts en la depuració de les aigüesresiduals urbanes a través de la incineració dóna resposta a la Directiva 91/156/CEE, cone-guda com Directiva marc de residus que estableix l’obligatorietat dels estats membres defomentar el desenvolupament de tecnologies netes, la valorització de residus mitjançantreutilització i reciclat, i la utilització dels residus com una font d’energia.

Sistemes de recuperació d’energia

El funcionament correcte dels sistemes de recuperació d’energia és un índex del bon funcio-nament de l’estació depuradora.

Això és així perquè la recuperació d’energia està situada al final d’una cadena i cal que enles baules anteriors (extracció de matèria orgànica en la línia d’aigua i destrucció d’aquesta

VaporitzadorsEconomitzador

DesgasificadorBombes

Condensador

Generador

Turbina vapor

Tambor

71

9

HP

1b

LP

2

3

4

5

V1

V36

8

Qe

G

V2

AereorefrigeradorBombes alimentació

a caldera derecuperació


EDAR La AlmozaraMotogenerador 235 Kw

Motor GuascorModel: FGLD 180/80º, per a gas de diges-tió turboalimentatCicle: de 4 tempsCilindres: 6 en líniaDiàmetre: 152 mmCarrera: 165 mmCilindrada: 17,96 lRelació de compressió: 11:1Velocitat del motor: 1.500 rpmPotència contínua: 24/24MecànicaConsum combustible: 656 KwCaudal aire admissió: 964 m3/hConsum espec. gas: 2,79 Kwh/Kwhm

Món municipal | 51

matèria orgànica en la digestió anaeròbica i/o combustió completa del llot) s’obtinguin unsresultats adequats perquè arribi a produir-se el combustible que alimenta el motogenerador(biogàs) o el vapor per a la turbina que possibiliten la generació de calor i energia elèctrica.

El sistema de recuperació d’energia de l’EDAR de La Almozara està constituït pels ele-ments bàsics següents:

- Una font d’energia primària (biogàs).- Un element motor (motor alternatiu).- Un sistema d’aprofitament d’energia mecànica (alternador).- Un sistema d’aprofitament d’energia calorífica (conjunt d’intercanviadors).

El biogàs produït en el procés d’estabilització (digestió anaeròbica) dels fangs extrets en ladepuració de les aigües residuals pot ser utilitzat indistintament en el grup motogenerador,a les calderes per a l’escalfament dels fangs i/o cremat a la torxa de gas sobrant. Funcio-nant en règim normal, el biogàs constitueix la font d’energia primària del motor alternatiuutilitzat com a accionament d’un alternador per a la producció d’energia elèctrica.

Aquesta energia elèctrica és consumida íntegrament a la planta i en situacions d’atura-da del grup motogenerador per manteniment o avaries, i el biogàs és utilitzat per produirenergia calorífica mitjançant un sistema de calderes i intercanviadors que escalfen els fangsdel procés de digestió. Aquests mateixos intercanviadors també són utilitzats per recupe-rar energia calorífica en la refrigeració de l’oli i en els gasos de fuga del grup motogene-rador en el seu funcionament normal.

El sistema de recuperació d’energia funciona ininterrompudament des de la posada en mar-xa de l’estació depuradora l’any 1989. Durant aquest període, s’han produït un total de18.766.262 kWh, la qual cosa representa el 51,78% del total d’energia elèctrica consu-mida durant aquest temps.

A continuació es faciliten algunes dades interessants corresponents a l’any 2006:

Fang digerit i deshidratat 5.826,75 tonesHumitat del fang deshidratat > 75%Percentatge d’aplicació agrícola 100%Biogàs utilitzat en la generació 763.718 m3


52 | Món municipal

EDAR La CartujaTurbina de vapor 633 Kw

TV KK&KModel de turbina: AFA46 GT5aPressió vapor viu: 30 barTemperatura vapor viu: 280ºCEntalpia vapor viu: 2.942 KJ/KgCabdal vapor viu: 4.320 Kg/hPressió extracció: 2,5 barTemperatura d’extracció: 127ºCEntalpia d’extracció: 2.708 KJ/KgPressió condensació: 0,1 barTemperatura condensació: 46ºCEntalpia condensació: 2.394 KJ/KgCabdal condensació: 4.320 Kg/hPotència mecàn. acoplam.: 667 KwPotència elèctrica borns: 633 Kw

Riquesa de metà 65%Energia elèctrica produïda 1.787.100 kWhEnergia comprada a Endesa 573.330 kWhEnergia total consumida per l’EDAR 2.360.430 kWhPercentatge generat 75,71%

A l’EDAR de La Cartuja s’utilitza un cicle de vapor convencional per produir energia elèc-trica a través del procés següent:

Vaporització de l’aigua que es realitza a la caldera de vapor, que és, bàsicament, un sis-tema amb aigua a pressió que absorbeix calor fins que passa a vapor. Generalment el vaporse sobreescalfa i passa pel circuit d’un o més sobreescalfadors, situats en la trajectòriadels gasos de combustió.

Des de la caldera, el vapor a alta pressió i a alta temperatura es condueix fins a la tur-bina de vapor, on s’expandeix i produeix energia mecànica. A la turbina es pot realitzarextraccions de vapor, i es condueix novament fins a la caldera on el vapor pateix un rees-calfament per ser posteriorment introduït en els següents cossos de la turbina. Hi haaltres extraccions a la turbina que es condueixen als preescalfadors de l’aigua d’alimen-tació.

Com és conegut, el rendiment tèrmic del cicle de Rankine augmenta amb la disminucióde la pressió de sortida de la turbina; per això el vapor travessa un condensador, que ésun dispositiu de refrigeració on el vapor es condensa a baixa pressió. La condensació esrealitza introduint aigua freda a pressió al condensador, la qual s’obliga a circular per unsserpentins de refrigeració.

L’aigua de condensació a la sortida del condensador es porta normalment a torres de refri-geració on es refreda per a recircular-la novament cap al condensador. L’aigua resultantde la condensació s’impulsa cap a la caldera mitjançant la bomba d’alimentació, passantprèviament per un desgasador.

Per millorar el rendiment tèrmic, cal que l’aigua d’alimentació entri a la caldera preescal-fada, per a la qual cosa es fa passar per un o més preescalfadors, existents a l’interior del’acumulador de vapor d’alta pressió.


Els gasos de combustió que abandonen el forn i que són depurats posteriorment a travésde filtres electrostàtics i en una torre de rentat per via humida passen primer pel preescal-fador d’aire, que és un intercanviador gasos-aire, on és preescalfat l’aire de fluïdització, idesprés per un intercanviador gasos-aigua, anomenat caldera de recuperació, on es pro-dueix vapor d’aigua. Aquest vapor d’aigua pateix diferents modificacions en el seu estat alllarg del cicle i torna cada vegada al seu estat original.

Actualment la instal·lació està en període de proves (fase prèvia a l’entrada en funciona-ment). La potència elèctrica de la turbina instal·lada és de 633 kW elegida de conformitatamb la producció de vapor disponible (1,2 kg/s), dades obtingudes al llarg d’aquests últimsanys de funcionament dels forns d’incineració. El nombre d’hores de funcionament esti-mat oscil·la entre un mínim de 6.500 i un màxim de 8.760.

La previsió d’energia elèctrica anual que cal generar per a 7.560 hores de funcionamentés de 4.785 MWh, la qual cosa representa el 17% de l’energia consumida actualment perla planta depuradora.

Destinació final dels fangs de les EDAR de Saragossa

Tres són les principals destinacions finals del fang de depuradora: l’aplicació al sòl com afertilitzant i reciclatge dels nutrients i la matèria orgànica; la valorització energètica –en totesles seves variants, inclosa la biometanització–, i el dipòsit en abocador. Aquest ordre res-pon al principi de jerarquia que estableix l’article 1.1 de la Llei 10/1998, de residus, i s’hau-ria de respectar sempre que fos possible a l’hora de decidir el destinació final dels fangs,que pot ser matisat pel que fa a condicionants tecnològics i econòmics en cada cas pera la seva correcta gestió. El dipòsit final en abocador figura com a última opció i, per tant,com la menys satisfactòria.

En el cas de Saragossa, les destinacions finals adoptades per als fangs han estat les següents:

a) Aplicació al sòl com a fertilitzant i esmena orgànica en camps pròxims a la ciutat pera aquells fangs originats a l’EDAR de La Almozara (prèviament una part important delfang és convertida en biogàs, valoritzable energèticament per produir electricitat) enels termes establerts en la Directiva 86/278/CEE, de 12 de juny de 1986, sobre pro-tecció del medi ambient i, en particular, dels sòls en la utilització dels llots de depura-dores en agricultura, transposada al dret intern espanyol a través del Reial decret1310/1990 desenvolupat per l’Ordre ministerial del 26 d’octubre de 1993 sobre utilit-zació de llots de depuradores en el sector agrari.

b) Valorització energètica dels fangs obtinguts a l’EDAR de La Cartuja a través de laincineració en forns de llit fluid, recuperació de calor dels fums per escalfar l’aire defluïdificació, assecatge d’una part del fang per assegurar l’autocombustibilitat i pro-duir electricitat a partir de la instal·lació d’una turbina de vapor, tot això en el marcnormatiu establert per la Llei 10/1998, de 21 d’abril, de residus, l’OrdreMAM/304/2002, de 8 de febrer, per la qual es publiquen les operacions de valoritza-ció i eliminació de residus i la llista europea de residus, i el Reial decret 653/2003, de30 de maig, sobre incineració de residus, que suposa la transposició de la Directivacomunitària 2000/76/CE.

Món municipal | 53


Bibliografia

Directiva 91/271/CEE, del Consell, de 21 de maig, sobre el tractament de les aigües resi-duals urbanes.

Directiva 86/278/CEE, de 12 de juny, sobre protecció del medi ambient i, en particular, delssòls en la utilització dels llots de depuradores a la agricultura.

Directiva comunitària 2000/76/CE relativa a la incineració de residus.

ENTRALGO LAYUNTA, José Ramón. Apuntes del Master en Ingeniería del Medio Ambiente C.P. S. Universidad de Zaragoza.

Ordre MAM/304/2002, de 8 de febrer, per la qual es publiquen les operacions de valorit-zació i eliminació de residus i la llista europea de residus.

Real Decreto 653/2003, de 30 de maig, sobre incineració de residus, que estableix l’obli-gació d’aprofitar al màxim possible la calor generada en el procés.

ROMERO ROJAS, Jairo Alberto. Tratamiento de aguas residuales por lagunas de estabiliza-ción. 3a ed. Alfaomega.

SILVA FRÍAS, Antonio (2001). XIX Curso sobre tratamiento de aguas residuales y explota-ción de estaciones depuradoras. Tom II. CEDEX.

54 | Món municipal


Utilització de llots secs com a combustibles secundarisMaria Cumellas. Directora general de Qualitat Ambiental. Departament de Medi Ambient i Habitatge.

Generalitat de Catalunya

Introducció

La societat en què vivim ha abusat de la utilització de combustibles fòssils com a font d’e-nergia, tant per a l’ús particular com industrial, i s’ha estructurat de manera dispersa (allun-yant centres de treball, estudi i oci dels habitatges), la qual cosa ha generat com a conse-qüència un increment de la mobilitat obligada dels ciutadans. Aquest fet, independentmentde les reflexions que es puguin dur a terme en l’àmbit social, econòmic, etc., ha derivat enun increment insostenible de l’emissió de contaminants a l’aire que respirem. Això compor-ta un impacte en la qualitat de l’aire a escala local, en la presència de partícules o d’òxidsde nitrogen…, i un efecte a escala global com és el canvi climàtic.

L’ús de combustibles alternatius al coc de petroli a les fàbriques de ciment s’emmarca dinsde l’Estratègia catalana contra el canvi climàtic.

L’Estat espanyol es va adherir al Protocol de Kyoto i, per tant, va assumir el compromísde dictar polítiques per reduir l’emissió a l’atmosfera d’aquests tipus de gasos. En con-sonància amb les directrius europees, hi ha hagut una primera fase d’acció sobre deter-minades activitats industrials i energètiques, i actualment s’inicia la segona fase que té coma objectiu reduir les emissions associades als sectors difosos, com són el transport o lespràctiques agràries.

En l’àmbit de les activitats industrials i energètiques, les directives europees han reglat elcomerç d’emissió de gasos d’efecte d’hivernacle que s’aplica a sectors com ara la pro-ducció d’energia, el sector ceràmic, la producció de vidre i paper o la fabricació de ciment.A cada indústria, l’Estat li assigna individualment un determinat nombre de drets d’emis-sió per a cada any, que és revisat per la Unió Europea a fi d’evitar que es produeixin dese-quilibris entre els diferents estats membres. Quan acaba l’any, els establiments fan una anà-lisi de les emissions reals que han produït (d’acord amb la metodologia establerta mitjançantuna decisió de la Unió Europea) i les emissions atorgades per l’Estat espanyol. Aquestbalanç és verificat per part d’una entitat acreditada per l’Administració i validat per les comu-nitats autònomes. En cas que un establiment determinat disposi d’un excedent de dretsd’emissió, aquests es poden vendre al mercat europeu; si, per contra, li manquessin drets,aquests s’han de comprar al mercat comú. Tot aquest sistema té com a objectiu incen-tivar econòmicament els sectors industrials per tal d’adoptar les millors tecnologies percontinuar produint i reduir al màxim les emissions de gasos d’efecte d’hivernacle.

El Govern de Catalunya, sensible a les repercussions que pot comportar el canvi climàtic,ha pres una actitud activa: promou i incentiva les propostes que tinguin com a objectiucombatre les causes que generen aquest fenomen i ha creat l’Oficina Catalana contra elCanvi Climàtic per tal de definir estratègies concretes en aquest àmbit.

Món municipal | 55


La fabricació de ciment

La fabricació de ciment es pot considerar un cas singular pel que fa a les emissions degasos d’efecte d’hivernacle. Les emissions d’aquests gasos a l’atmosfera provenen de duesfonts: el mateix procés productiu i l’ús de combustibles fòssils.

La producció de ciment comporta:

1. La fabricació de clínquer, que consisteix en la descarbonatació de la matèria pri-mera (emet el que es coneix com a diòxid de carboni de procés) amb l’aplicació decalor (emet el que es coneix com a diòxid de carboni de combustió).

2. Posteriorment, es procedeix a la incorporació d’additius al clínquer per ajustar-nela composició i aconseguir que disposi de les característiques que es necessiten pera la construcció. Aquest producte és el ciment.

Per tant, en la fabricació de ciment, l’emissió de gasos d’efecte d’hivernacle es genera enla descomposició del cru (punt en el qual no és possible reduir les emissions inherents almateix procés productiu) i en la combustió dels combustibles necessaris per assolir lestemperatures necessàries per a aquesta descomposició.

Per reduir les emissions de gasos d’efecte d’hivernacle, s’ha d’actuar sobre l’ús dels com-bustibles fòssils usats tradicionalment a les fàbriques catalanes.

En aquesta línia han estat treballant i treballen molts països de la Unió Europea (Noruega,la Gran Bretanya, Holanda…) i diferents comunitats autònomes de l’Estat espanyol (el PaísBasc, València…). Les característiques pròpies de la producció de ciment, les temperatu-res que s’assoleixen en un forn de ciment que arriben a 1.400°C durant períodes de tempssuperiors a 8 segons, fan que es tracti d’un sector atractiu per a l’ús de combustibles alter-natius.

A més a més, cal tenir present que, òbviament, l’objectiu d’una fàbrica de ciment és fabri-car ciment. Per als no especialistes en aquest sector, cal remarcar que el ciment és un pro-ducte que per assolir les seves funcions constructives (enduriment, resistència…) no per-met la presència indiscriminada de determinats compostos (clorurs…), fet que fa inviablel’ús de matèries aleatòries o que no estiguin ben caracteritzades ja que distorsionarien lespropietats del material fabricat, per la qual cosa no és possible l’entrada de qualsevol com-bustible.

Les fàbriques de ciment de Catalunya

Actualment, a Catalunya hi ha set fàbriques de ciment que disposen de forns horitzontals.La fàbrica ubicada al municipi de Vilanova i la Geltrú és de ciment blanc, i les seves carac-terístiques singulars fan que no es pugui avaluar de manera conjunta amb la resta d’es-tabliments.

De les sis indústries restants, una està ubicada a les Terres de l’Ebre i les altres cinc a laRegió Metropolitana de Barcelona.

56 | Món municipal


La situació geogràfica dels establiments és determinant a l’hora d’analitzar quin és el com-bustible alternatiu que pot substituir el coc de petroli i reduir les emissions de gasos d’e-fecte d’hivernacle, atès que, com ja s’ha especificat en la introducció, una de les fontsdifoses d’emissió d’aquests gasos és el transport, i aquestes activitats tenen associat unmoviment de camions important.

La selecció del combustible alternatiu més idoni

Per combatre l’emissió de gasos d’efecte d’hivernacle i d’acord amb les directrius europees,cal promoure la substitució dels combustibles fòssils per biomassa, que és neutra en elsbalanços d’aquests gasos.

Així mateix, i a fi de dictar les mesures més eficients, cal analitzar a cada punt del territo-ri quina és la biomassa disponible més adient per tal de no incrementar les emissions asso-ciades al transport.

En el cas de la fàbrica ubicada a les Terres de l’Ebre, i considerant l’activitat de la zona, labiomassa disponible més idònia és la que prové de les restes de poda dels arbres culti-vats a la zona, les pellofes d’arròs, etc. En definitiva, el que es coneix com a residus fores-tals i agrícoles com a substitut d’una part del coc de petroli.

A la resta de fàbriques metropolitanes, s’ha avaluat la possibilitat de l’ús d’aquests resi-dus forestals i agrícoles, com ara les restes de poda del parc de Collserola, i tot i que se’npreveu l’ús, la quantitat de biomassa disponible no és significativa. En aquest context, s’hananalitzat altres tipus de biomasses que s’estan usant des dels anys setanta a països dela Unió Europea i es constata que a la Regió Metropolitana de Barcelona una de les bio-masses disponibles de manera contínua són els llots de les depuradores d’aigua residualurbana.

Proves de substitució de part del coc de petroli per llots de depuradora a lesfàbriques de ciment a Catalunya

Tot i l’àmplia experiència que hi ha a altres països de la Unió Europea en l’ús de llots dedepuradora urbana com a combustible alternatiu a aquests tipus d’instal·lació, així comel fet que actualment els llots de la depuradora del riu Besòs s’estan utilitzant com a com-bustible a fàbriques de València, i alhora tenint present el fet que hi ha una històricareticència social a Catalunya vers aquesta pràctica, el Departament de Medi Ambient i Habi-tatge va decidir efectuar una prova de substitució gradual de coc de petroli per llots dedepuradora urbana a les fàbriques de ciment ubicades a Catalunya.

Per tal de donar les màximes garanties i transparència a l’esmentada prova, es va signarun conveni entre els diferents agents implicats: els titulars de les fàbriques de ciment, elsrepresentants dels municipis on estan ubicades les fàbriques on es van dur a terme lesproves, els sindicats CCOO i UGT i el Departament de Medi Ambient i Habitatge. Aquestconveni recollia, entre d’altres, els aspectes següents:

Món municipal | 57


1. Objecte de la prova: substitució gradual de coc de petroli per llots de depuradoraurbana fins a un 25%.

2. Durada de les proves: des del mes de juny fins al 31 de desembre de l’any 2005.

3. Sistemes de control:

3.1. Control de les entrades de productes als forns de ciment, tenint en compte l’anà-lisi de la composició del cru (matèria primera) i l’anàlisi de la composició dels llots secsde les depuradores urbanes.

3.2. Control de les emissions de substàncies a l’atmosfera, que comportava:

- Una anàlisi detallada de les emissions a l’aire que es produeixen en la fabricació deciment quan s’usa exclusivament coc de petroli com a combustible. Durant aques-ta fase, es van mesurar molts més contaminants dels que recull la normativa vigentd’aplicació per a aquesta pràctica.

- Instal·lació i calibratge d’analitzadors en continu a les xemeneies dels forns de fabri-cació de clínquer on es van dur a terme les proves. Concretament, s’instava a mesu-rar mitjançant aquest sistema els òxids de nitrogen, els òxids de sofre i les partícules.

Es va acordar en el conveni que aquests dos controls s’havien de dur a terme ambanterioritat l’execució de la prova, és a dir, abans d’introduir llots de depuradora urba-na a les fàbriques de ciment.

Règim de control de les emissions a l’atmosfera durant la realització de les provesque regulava la periodicitat i la metodologia de mostreig per a cada contaminant.

El conveni també establia quines condicions havien de complir els organismes enca-rregats de realitzar les analítiques corresponents.

3.3. Seguiment de les proves. El conveni establia la creació d’una àmplia Comissióde Seguiment que al llarg del període de proves s’havia de reunir periòdicament ambl’objectiu de poder analitzar els resultats de les proves i d’efectuar els suggerimentsque considerés adients per recollir la màxima informació possible. A aquesta Comis-sió, a més dels organismes que havien signat el conveni, s’hi van incorporar repre-sentants dels grups ecologistes o d’organitzacions socials, com ara representants deles associacions de veïns o de l’organització de consumidors.

3.4. Ús de llots de depuradora urbana a fàbriques de ciment. El conveni també espe-cificava que la substitució de coc de petroli per fangs de depuradora urbana de mane-ra contínua està sotmesa a la sol·licitud d’aquesta pràctica per part del titular de cadaindústria concreta a l’Administració d’acord amb els requeriments que estableix la Lleid’intervenció integral de l’administració ambiental. D’aquesta manera, es posava demanifest que el conveni només habilitava les fàbriques que ho havien sol·licitat per al’execució d’unes proves de durada limitada i remarcava el procediment legal per ava-luar-ne la continuïtat en cas que els titulars dels establiments ho sol·licitessin.

58 | Món municipal


Conclusions dels resultats de les proves

Els resultats de les proves són públics i estan disponibles en el web del Departament deMedi Ambient i Habitatge.

Bàsicament, el que

es desprèn de les anàlisis efectuades és que la substitució fins a un 25% de coc de petroliper llots secs de depuradora urbana, com a combustible a les fàbriques de ciment, no variasignificativament les emissions a l’atmosfera dels contaminants que tenen un efecte local.

Les diferències existents entre els valors de fons (mesures de contaminants quan s’utilit-za exclusivament coc de petroli com a combustible) i els resultats de les anàlisis amb subs-titucions graduals d’aquest combustible per llots de depuradora urbana estan tècnicamentdins dels errors dels mètodes analítics i de la inherent variabilitat dels processos.

A sol·licitud de diferents membres de la Comissió de Seguiment, es va efectuar un dicta-men al Departament de Salut, que indica que aquesta pràctica no comporta un risc addi-cional per a la salut.

Pel que fa a l’anàlisi de les emissions de gasos d’efecte d’hivernacle, el balanç és moltpositiu, atès que no tan sols hi ha un estalvi d’emissions associat a l’ús de biomassa perun combustible fòssil, sinó que les emissions associades al transport del coc de petrolisón substancialment superiors a les derivades del subministrament de llots de depurado-ra ubicades a la Regió Metropolitana de Barcelona.

Respecte a l’experiència de crear fòrums on els potencials agents afectats puguin dispo-sar d’informació ambiental i canalitzar les seves preocupacions envers aquests aspectesa les administracions ambientals, es valora molt positivament el projecte, per la qual cosa,tot i que sigui poc ortodox, vull agrair la seva col·laboració a les persones que han parti-cipat activament en l’execució d’aquest conveni.

Món municipal | 59


La gestió de fangs de les EDAR i la problemàticaassociadaFernando Cabello. Tècnic de Sanejament. Consell Comarcal del Maresme

Introducció

En el procés de depuració de les aigües residuals es produeix un residu, els fangs, quepresenta unes característiques molt variables d’una instal·lació a una altra, fet que condi-ciona les seves destinacions finals. A més, a l’hora d’escollir aquesta destinació final, calatendre tres prioritats: minimitzar l’impacte ambiental i la despesa econòmica sense afec-tar l’entorn social.

Destinacions possibles

Els fangs de depuradora es produeixen en una quantitat i composició que depenen bàsi-cament del cabal i les característiques de l’aigua que s’ha de tractar, així com de la tec-nologia aplicada a l’EDAR.

La problemàtica principal en la gestió dels fangs de depuració resideix a disposar-los com-patibilitzant criteris de sostenibilitat, econòmics i socials. No obstant això, la quantitat i la qua-litat dels fangs suposen unes restriccions que sovint determinen les possibles destinacionsfinals.

Les alternatives bàsiques de valorització i disposició es poden resumir en:

a) Aplicació al sòl - Aprofitament del seu contingut elevat en nitrogen, fòsfor i matèria orgànica en el casd’extensions dedicades tant a l’agricultura com a la jardineria.- Recuperacions de terrenys marginals.- Restauració de pedreres.

b) Valorització energètica, que consisteix en l’aprofitament del poder calorífic de la frac-ció orgànica. Les tècniques que actualment s’estan desenvolupant són:- Ús com a combustible alternatiu en fàbriques de ciment i centrals tèrmiques.- Gasificació, transformant els fangs secs d’EDAR en un gas de poder calorífic mode-rat i en una fracció sòlida mineral –inert– que es pot emprar com a àrid en la cons-trucció.

c) Utilització dels fangs assecats tèrmicament en la fabricació de materials per a laconstrucció.

d) Abocador. Aquesta possibilitat és la menys favorable i, en principi, només hauriade ser emprada quan s’han exhaurit totes les altres alternatives.

Món municipal | 61


Problemàtica de la gestió de fangs

Una correcta gestió de fangs comporta que s’hagin de compatibilitzar diferents criteris pertal d’obtenir solucions viables, sostenibles, econòmiques i respectuoses amb l’entornsocial. Els aspectes clau en la problemàtica de la gestió dels fangs es poden resumir en elssegüents:

Minimització en origen de la quantitat de fangs produïts

Com amb tot residu, és molt important que la producció de fangs sigui la mínima possible.Per tant, s’han d’explorar totes les vies que minimitzen la quantitat generada.

La producció de fangs depèn, d’una banda, de la composició de l’aigua que tracta l’E-DAR, i de l’altra, de les instal·lacions de la línia de fangs i la seva eficiència.

Els fangs estan compostos per una fracció anomenada matèria seca (matèria orgànica i mine-rals) i aigua, la qual pot estar en una proporció molt variable. La quantitat de matèria secaés proporcional a la contaminació de l’aigua que es tracta a l’EDAR i al rendiment del pro-cés de depuració. Aquest, per tant, no és un factor amb el qual es pugui jugar a priori. Arabé, la fracció d’aigua inicialment present al fang depèn directament de les instal·lacions dela línia de fangs de l’EDAR. Així doncs, depenent del rendiment de l’etapa de deshidrata-ció, la quantitat d’aigua present als fangs pot variar entre un 70% i un 80% aproximadament.

També s’ha de tenir en compte que hi ha processos de posttractament dels fangs, comés el cas de la digestió anaeròbica o l’assecatge tèrmic, que contribueixen de manera sin-gular a la reducció de la quantitat de fang. En el procés de digestió anaeròbica, part de lamatèria orgànica del fang es transforma biològicament en CO2 i metà (gas valoritzable pelseu elevat poder calorífic), i així es redueix part de la matèria seca inicialment produïda enun 30% o un 45%. En el cas de l’assecatge tèrmic, mitjançant aportació externa de calor,s’aconsegueix l’evaporació de l’aigua present al fang, per la qual cosa es redueix la quan-titat de fang de manera considerable.

Així doncs, pel que fa a la minimització de la quantitat de fang produïda, el cas més des-favorable vindria donat per aquella EDAR que no disposa de cap etapa de posttractamenti que evacua directament el fang fresc deshidratat. En aquest cas, el percentatge d’aiguaal fang pot estar al voltant del 75%. Contràriament, una EDAR que disposi d’un procésde digestió anaeròbica (ja redueix la quantitat de matèria seca en un 30% o un 45%) i acontinuació una etapa d’assecatge tèrmic (on el contingut final d’aigua es troba entorn del15-20%) evacua una quantitat de fang mínima.

Destinació sostenible des del punt de vista mediambiental

La contínua generació de residus ens obliga a cercar destinacions que siguin sostenibles i mini-mitzin l’impacte ambiental. Les disposicions més correctes, en principi, són aquelles que donenvalor afegit al residu, perquè el reincorporen a la cadena de producció.

62 | Món municipal


És el cas d’aplicar els fangs de depuració al sòl. No obstant això, per donar-los una utili-tat agrícola han d’estar higienitzats, és a dir, prèviament han d’haver estat tractats per reduirsignificativament la càrrega microbiana (digestió anaeròbica, compostatge o assecatge tèr-mic).

També són molt interessants les alternatives que suposen la valorització energètica del fang,fet molt desitjable, tot i que quantitativament no són les més importants. Actualment, aFrança, Alemanya i al Regne Unit hi ha plantes de gasificació de fang sec d’EDAR, les qualssón de dimensions reduïdes i habitualment lligades a l’explotació de la mateixa EDAR.Aquestes destinacions aniran guanyant pes específic a mesura que s’avanci en la recer-ca i es puguin anar desenvolupant.

Minimitzar la despesa de la disposició final

També s’ha de tenir present que cal ser sostenibles econòmicament. En l’explotació d’unaEDAR, la despesa derivada del tractament, el transport i la disposició final dels fangs és unafracció significativa de la despesa total d’explotació.

En el cas d’una EDAR petita (10.000 habitants equivalents), la despesa en fangs es trobaa l’entorn del 10% de la despesa total, i per a una EDAR mitjana (120.000 habitants equi-valents) el cost s’estableix al voltant del 25% de la despesa total d’explotació.

La primera mesura que cal adoptar per disminuir la despesa derivada de l’evacuació delsfangs és, com s’ha comentat anteriorment, minimitzar la quantitat produïda, ja sigui mitjançantla construcció d’una instal·lació de digestió anaeròbica o bé per la reducció significativa dela humitat del fang. I, per reduir la humitat del fang al màxim, deixant a banda la construc-ció d’una planta d’assecatge tèrmic (únicament viable per a EDAR d’una certa grandària),cal que la línia de fangs de l’EDAR, concretament els processos d’espessiment i de deshi-dratació, estigui ben dimensionada, optimitzada i funcioni el més eficientment possible.

A més, també s’ha de tenir present que qualsevol tractament que suposi la producció d’al-gun subproducte valoritzable, com ara el biogàs produït en la digestió anaeròbica, contri-buirà a minimitzar la despesa econòmica de la gestió dels fangs.

Potenciar la possible valorització dels fangs produïts

La valorització dels fangs produïts ha de ser potenciada pel seu doble efecte positiu. D’u-na banda, s’obté un cert valor econòmic d’un residu que es produeix en grans quantitats,i de l’altra, el fet que aquest residu pugui ser utilitzat en altres processos productius (pro-ducció de materials per a la construcció, ús com a combustible en centrals tèrmiques ofàbriques de ciment, etc.) fa que pugui existir una certa demanda de residus per a aques-tes aplicacions i s’augmenta així l’oferta de destinacions finals.

Món municipal | 63


Compatibilitzar el tractament final dels fangs amb l’entorn social

La disposició final dels fangs ha de ser respectuosa amb els criteris de sostenibilitatambiental i econòmica exposats, però sense descuidar el factor social. És important queles plantes de tractament de fangs adoptin totes les mesures tècnicament possibles pertal que el seu funcionament habitual no produeixi impactes ambientals sobre l’entorn mésproper.

Conclusions

El gran repte en la gestió de fangs de depuració resideix en la utilització d’aquelles instal·lacionsi tècniques que permetin minimitzar la quantitat produïda.

Les EDAR de més capacitat de tractament acostumen a tenir associats processos de post-tractament de fangs que redueixen significativament la quantitat produïda. No obstant això,encara resten moltes instal·lacions de grandària mitjana i petita en les quals cal implantaraquestes tècniques.

Tanmateix,

cal continuar investigant en el desenvolupament de noves tecnologies que permetin treure mésprofit dels fangs, ja sigui explotant-ne les característiques agronòmiques, el seu poder calo-rífic, etc.

Això permetrà trobar destinacions més sostenibles i evitar la seva disposició a abocadors,a la vegada que també es reduirà la despesa econòmica que suposa la seva gestió.

A mesura que aquests dos objectius de minimització i valorització es vagin acomplint, elsabocadors esdevindran solucions prescindibles en la gestió dels fangs.

64 | Món municipal


Bibliografia

METCALF, Eddy. Ingeniería de aguas residuales. Tratamiento, vertido y reutilización. 3a ed.Madrid: McGraw-Hill, 2000.

ORTIZ, S. «Situació de la gestió de biosòlids a l’Agència Catalana de l’Aigua». I JornadesTècniques de Gestió d’Estacions Depuradores d’Aigües Residuals. Barcelona: AgènciaCatalana de l’Aigua: Generalitat de Catalunya. Departament de Medi Ambient, 2003.

PARÉS, J. «Les experiències conegudes en l’àmbit dels combustibles alternatius». Jorna-da sobre Proposta de nou model de gestió, examen de les tecnologies de tractament, valo-rització i deposició de la fracció resta. Barcelona, 31 de gener de 2005.

POCH, M. [et al.]. «Reflexions entorn d’un sanejament per al segle XXI a Catalunya». Conclu-sions de les II Jornades Tècniques de Gestió d’Estacions Depuradores d’Aigües Residuals(sistemes de sanejament i medi ambient i reutilització planificada de l’aigua). Barcelona: Agèn-cia Catalana de l’Aigua: Generalitat de Catalunya. Departament de Medi Ambient, 2005.

SAÑA, J. «Compostatge de fangs: experiències d’explotació». I Jornades Tècniques de Ges-tió d’Estacions Depuradores d’Aigües Residuals. Barcelona: Agència Catalana de l’Aigua:Generalitat de Catalunya. Departament de Medi Ambient, 2003.

Món municipal | 65


L’experiència | 67

Matèria orgànica particulada

Proteïnes

AminoàcidsSucres

Àcids grassos

Hidròlisi

Primera fase

Segona fase

Acidogènesi

Acetogènesi

MetanogènesiAcetoclàstica

MetanogènesiHidrogenotròfic

Hidrats de carboni Lípids

Acetat

Metà

Productes intermedisPropionat, butirat

Hidrogen

Figura 1. Complexitat de la digestió anaeròbica de fangs, amb diverses etapes que interaccionen i que sónportades a terme per grups de microorganismes especialitzats

La digestió anaeròbica de fangsJoan Mata. Departament d’Enginyeria Química Universitat de Barcelona

El procés de digestió anaeròbica de fangs és l’aplicació més antiga de la digestió anaerò-bica: des que Louis Mouras va dissenyar la primera fosa sèptica el 1881, han passat mésde 130 anys.

La digestió anaeròbica és un procés complex, que involucra nombroses etapes microbiolò-giques. Malgrat que se n’han identificat fins a nou (Mata, 2003), el procés pot ser descritdes del punt de vista pràctic en dues etapes. La primera d’hidrolisiacidificació, en la qualla matèria orgànica es converteix en àcids, i una segona en què, en estrictes condicionsanaeròbiques (sense oxigen), aquests àcids es converteixen en biogàs. El biogàs és unabarreja constituïda fonamentalment per metà (al voltant del 65%) i per diòxid de carboni(al voltant del 35%). La figura 1 esquematitza totes les etapes i assenyala les dues en què,normalment, es descriu el procés.

En la primera etapa intervenen els bacteris hidrolítics i acidogènics, que poden funcionaren un interval de pH ampli, fins i tot amb valors tan baixos com 4, mentre que la segonaetapa la porten a terme els bacteris metanogènics, els quals no treballen en condicionsàcides i requereixen uns pH dins de l’interval de 6-7,5. A més, els bacteris metanogènicstenen una velocitat de creixement baixa i són sensibles a nombroses substàncies consi-derades tòxiques per a la metanogènesi. D’aquesta manera, els mateixos àcids generats


en la primera etapa, en concentracions altes, esdevenen tòxics, com també ho són l’a-moníac i l’àcid sulfhídric, per esmentar alguns compostos comuns a molts processos dedigestió. Per totes aquestes raons, sovint la metanogènesi es converteix en l’etapa limi-tant de la digestió anaeròbica. Aquestes particularitats fan que el procés de digestió ana-eròbica sigui considerat «delicat» i difícil de controlar, ja que es pot desestabilitzar fàcilmenta causa d’una sobrecàrrega o d’un sobtat canvi en les condicions d’operació. Per exem-ple, si hi ha un excés de matèria orgànica en el digestor, els bacteris acidogènics de la pri-mera etapa poden metabolitzar fàcilment i convertir aquesta matèria orgànica en àcids, jaque es tracta d’un procés que funciona molt més ràpidament que no pas el de la meta-nogènesi. Això fa que hi hagi una acumulació d’àcids, ja que els bacteris metanogènicsno els poden convertir en metà. Aquesta acumulació pot causar certa toxicitat a aquestsbacteris per baix pH, la qual cosa porta com a conseqüència que s’alenteixi el procés deconversió en metà i hi hagi encara més acumulació d’àcids i més toxicitat. Evidentment,si no es corregeix, el digestor entra en crisi i es col·lapsa per acidificació.

Malgrat el que s’ha descrit, la situació no és ni de bon tros tan greu ni tan difícil de con-trolar. Si hi ha prou alcalinitat, és a dir, capacitat de tamponament, una sobrecàrrega nor-mal d’àcids no fa variar gaire el pH, i els metanògens poden continuar treballant senseexperimentar problemes seriosos de toxicitat o inhibició de la seva activitat. Els diges-tors de fangs normalment tenen força capacitat tamponadora i rarament s’aturen per aci-dificació del digestor. Per a altres digestors, el que cal és dotar-los de prou alcalinitat i/oestablir controls per prevenir qualsevol sobrecàrrega i, si aquesta es produeix, corregir-la immediatament.

Els digestors anaeròbics poden treballar en dos intervals òptims de temperatura: el meso-fílic (al voltant dels 35°C) i el termofílic (al voltant dels 55°C). La figura 2 mostra, de mane-ra qualitativa, com varia la velocitat de producció de biogàs amb la temperatura, i s’hi podendistingir perfectament els dos intervals esmentats.

68 | L’experiència

Figura 2. Intervals d’operació del procés de digestió anaeròbica. L’interval psicrofílic correspon a la temperaturaambient. L’operació mesofílica té un òptim al voltant de 35°C, mentre que la termofílica, al voltant dels 55°C

0 10 20 30 35 40 50 55 60 70 80

Temperatura (ºC)

Psicrofílica Mesofílica Termofílica

Velo

cita

t d

el p

rocé

s d

e D

A


Normalment, els digestors de fangs treballen en l’interval mesofílic, en especial a Europa,mentre que als Estats Unitat són diversos els que operen en l’interval superior de tempe-ratures. Això és perquè, d’aquesta manera, l’efluent del digestor queda «higienitzat» i elproducte té una classificació higiènica superior (classe A) per poder-se aplicar al sòl.

D’altra banda, i

en general, els rendiments que s’assoleixen en condicions termofíliques són superiors, és adir, la producció de biogàs per unitat de sòlid volàtil (matèria orgànica) alimentat al digestorés més alta.

Es pot fer un balanç per determinar si aquest augment en la producció de biogàs com-pensa el major consum de biogàs per escalfar el digestor a una temperatura superior. Enexperiments realitzats al laboratori de la UB, els resultats obtinguts mostren que el balançresulta positiu, a més d’altres avantatges lligats a una millor eliminació de microcontami-nants orgànics. La taula 1 mostra diverses referències bibliogràfiques en les quals es com-paren ambdós intervals de temperatura de treball per a la digestió de fangs d’EDAR. Caldir que els rendiments depenen del tipus de fang que s’ha de digerir, és a dir, del percen-tatge relatiu de fangs primaris i secundaris que entren al digestor.

Taula 1. Alguns resultats de la literatura respecte a la producció de biogàs en condicions termofíliquesi mesofíliques

Condicions de temperatura Prod. específica de biogàs (m3/kg-SV) % CH4 Referència

Mesofílic 0,32 65 Rimkus et al., 1982

0,39 - Oles et al., 1997

0,54 66-67 Dohanyos et al., 2004

Termofílic 0,40 65 Rimkus et al., 1982

0,71 66-67 Dohanyos et al., 2004

Integració de la digestió anaeròbica a la cadena de valorització de fangs

La instal·lació d’un sistema de digestió anaeròbica de fangs no és barata, ja que implicatota una sèrie d’operacions prèvies i posteriors. La figura 3 les mostra de manera sim-plificada. Per a instal·lacions de certa mida, concretament en EDAR de més de 50.000habitants equivalents, comença a ser una opció que cal considerar, ja que en el procésde digestió anaeròbica es converteixen en biogàs aproximadament la meitat dels sòlidsvolàtils (matèria orgànica) alimentats al digestor. Si el volum és important, els menors cos-tos de gestió dels fangs justifiquen la inversió pel procés. Normalment, el biogàs produïtes crema en una caldera per escalfar els digestors a la temperatura d’operació. Per a EDARde més de 100.000 habitants equivalents, es justifica la instal·lació d’un grup de coge-neració termoelèctrica, ja que la venda d’electricitat compensa l’alta inversió dels motorsde cogeneració.




Pretractaments Decantació primàriaDecantació primària

Caldera

BCDigestor

anaeròbicDeshidratacióEspesseïdor

Tractament biològic Decantació secundària

Biogàs

Destinació finaldels fangs

Figura 3. Esquema simplificat d’una EDAR amb digestió anaeròbica de fangs. En color verd, es mostra unesquema dels equips addicionals que són necessaris

La digestió anaeròbica és una de les opcions per les quals ha volgut apostar el Pla nacio-nal de llots de depuradora (PNLD, 2001), en el qual s’especifica que, dels fangs produïtsa les EDAR, un 65% s’ha d’aplicar al camp, i d’aquests, un 40% han de passar per aquestprocés. Malgrat que no s’hagi finançat aquest objectiu, és significativa la importància queté des del punt de vista ambiental.

La digestió anaeròbica produeix energia renovable i estalvia emissions d’efecte d’hivernacle.

Per a l’aplicació agrícola, els fangs que han estat digerits estan més estabilitzats. Si, a mésa més, els fangs provenen d’una EDAR que tracta en exclusiva aigües urbanes i al pro-cés de digestió anaeròbica n’hi segueix un de compostatge, amb una deshidrataciómecànica prèvia, el producte obtingut (compost) serà de gran qualitat.

L’efluent del digestor anaerobi és normalment deshidratat en filtres banda o bé en cen-trífuga. Segons la seva qualitat, es destinarà al camp o bé haurà d’enviar-se a l’aboca-dor. En l’article del «Marc introductori», ja s’ha dit que per a una valorització tèrmica finalno té gaire sentit l’obtenció prèvia de biogàs (l’únic avantatge és que el biogàs és unaenergia transportable), ja que els sòlids volàtils convertits en metà després seran conver-tits en energia, cosa que es pot fer directament en el procés de valorització energèticaescollit. Depenent de la distància de la seva destinació final i de la quantitat de fangs, elsfangs digerits es poden sotmetre a un procés d’assecatge tèrmic. Una altra possibilitatseria el compostatge.

La codigestió de fangs d’EDAR

La codigestió de fangs és una possibilitat que des del punt de vista tècnic presenta avan-tatges considerables. Es tracta bàsicament d’aprofitar la capacitat dels digestors de fangsper digerir un altre substrat.

En el procés de digestió anaeròbica sovint es donen processos de sinergia que comportenuna producció de biogàs més alta en la digestió conjunta amb un altre substrat que la sumade les digestions per separat (Mata et al., 1989).



Aquests fenòmens de sinergia normalment es basen en dèficits de micronutrients o, fins itot, de nutrients (N i P) dels substrats individuals, que queden compensats en la barreja.També es poden donar fenòmens de dilució d’algun compost que resulti inhibidor per a lametanogènesi. El fet és que s’obté una major producció de biogàs, i en el cas dels fangs,això és pot aconseguir en el mateix digestor, sense modificar-ne el volum. El que sí que calés la instal·lació d’una secció per preparar la barreja que s’ha d’alimentar al digestor.

Un dels substrats universals, en el sentit d’estar disponible en la major part d’indrets i queés altament compatible amb la digestió anaeròbica de fangs d’EDAR, és la fracció orgàni-ca dels residus sòlids urbans (FORSU). La codigestió de FORSU i FD (fangs de depurado-ra) presenta l’avantatge de compensar l’alta raó C/N que es presenta en la FORSU. D’altrabanda, la FORSU, amb un elevat contingut de matèria orgànica i una humitat relativamentbaixa en comparació amb els FD, fa que la seva barreja equivalgui a una dilució de la FOR-SU i que amb un petit augment del cabal d’FD gairebé es dupliqui el contingut de matèriaorgànica susceptible de convertir-se en biogàs que entra en el digestor.

Això fa que, en molts casos, sigui possible augmentar considerablement la producció de biogàsen instal·lacions de digestió anaeròbica de fangs sense augmentar significativament la infra-estructura.

S’ha de tenir en compte, a més a més, que molts digestors d’FD treballen en condicionsde baixa càrrega per la relativament baixa concentració dels mateixos fangs (en compa-ració amb la FORSU) i per l’alt temps de residència utilitzat, de manera que la codigestióaprofita aquest ús dels digestors per sota de les seves possibilitats de càrrega i els fa fun-cionar a ple potencial. Caldrà en tots els casos instal·lar, entre altres elements, una unitatper separar els impropis que pugui contenir la fracció orgànica (separada en origen) delsRSU i una unitat per a la seva barreja amb els fangs.

Les primeres aplicacions de la codigestió van tenir lloc a Dinamarca a finals dels anys vuitan-ta. Després s’han fet diverses aplicacions de manera irregular en el continent europeu. Darre-rament, però, sembla que s’hagi despertat un interès especial en la codigestió fangs/FOR-SU a Itàlia. De fet, un dels exemples que han funcionat amb èxit des de fa anys es troba al’EDAR de Treviso (Itàlia). Aquesta depuradora dimensionada per a 70.000 habitants equiva-lents, amb dos digestors mesofílics, va instal·lar un pretractament mecànic per separar elselements indesitjats de la FORSU i a continuació una etapa de barreja/prefermentació ambels fangs secundaris del tractament aeròbic seguit del bombeig de la barreja al digestor. Elsaugments observats a Treviso són superiors al 100%, tal com mostra la taula 2.

Taula 2. Resultats experimentals obtinguts digerint fangs o mitjançant la codigestió amb FORSU a l’EDARde Treviso (Itàlia)

Paràmetre Fangs Fangs-FORSU

Temperatura (°C) 34 35

Temps de residència hidràulica (d) 48 39,4

Càrrega orgànica (kg SV/m3·d) 0,8 1,23

Cabal de biogàs (m3/d) 195 401

Percentatge metà en el biogàs (%) 65,6 66,9

Producció específica de gas (m3/kg SV) 0,1 0,32


50 fang biodegradable50 fang no biodegradable

Figura 4. Balanç esquemàtic d’un hipotètic pretractament on s’observen els resultats: un hipotètic augment delbiogàs de 50 a 70 i una disminució de la quantitat de fangs que s’han de gestionar de 50 a 30 (unitats arbitràries)

50 fang nobiodegradable

50 biogàs

DA



Pretactament70 fang no

biodegradable

30 biogàs

DA


Però l’interès no només és a Itàlia. A Alemanya, el país europeu amb més digestors, tam-bé han considerat aquesta possibilitat en els darrers anys. Així, per exemple, Krupp et al.(2005) van realitzar un estudi de factibilitat a la ciutat de Wiesbaden (Alemanya) que va donarresultats força positius. Catalunya disposa de força possibilitats de codigestió si es consi-deren els digestors que hi ha instal·lats. Per exemple, els digestors dels ecoparcs (FORSU),de gran capacitat, tècnicament podrien digerir una quantitat considerable de fangs. És moltpossible, doncs, que en els propers anys es vegin les primeres instal·lacions de codigestióFD-FORSU i/o de residus agropecuaris, àrea en la qual també hi ha un gran potencial.

Pretractaments dels fangs

Tal com ja s’ha dit en l’article del «Marc introductori», les grans quantitats de fangs que esprodueixen en les estacions de tractament a causa del procés de depuració aeròbicconstitueixen un problema que s’ha de solucionar per donar per conclòs el cicle de depu-ració. És per això que una reducció de la quantitat de fangs que s’han de gestionar és ben-vinguda en la major part dels casos. En les plantes que utilitzen la digestió anaeròbica enel sistema depurador, una possible via de reducció, al marge de les bones pràctiques men-cionades en la primera part d’aquesta revista, el constitueix el pretractament dels fangsper augmentar-ne la biodegradabilitat. D’aquesta manera, una major quantitat de fangsserà biodegradada i convertida en biogàs, amb el doble avantatge d’un augment en el ren-diment energètic del digestor i una reducció de la quantitat de fangs que s’han de gestio-nar.

Aquests pretractaments són més efectius si s’apliquen a la fracció menys biodegradable, ésa dir, a la fracció corresponent als fangs secundaris o biològics.

Aquests fangs tenen molt material provinent de les parets cel·lulars dels microorganismesque són especialment difícils de biodegradar. En la pràctica, els pretractaments incidei-xen exclusivament en aquesta fracció per tal de fer-los més viables econòmicament.


Durant els darrers anys s’han anat estudiant diversos tipus de pretractaments. La taula 3mostra una possible classificació.

Taula 3. Pretractaments per als fangs d’EDAR classificats segons el tipus

Pretractaments fisicomecànics

Disgregació

Ultrasons

Pretractaments biològics

Enzimàtic

Aeròbic

Compostatge

Digestió aeròbica termòfila

Pretractaments fisicoquímics

Oxidació humida

Ozonització

Químics

Tèrmics

Combinacions

S’han fet moltes publicacions d’estudis realitzats en aquesta temàtica (Mata, 2003). Perles anàlisis prèvies realitzades, els que sembla que tenen més viabilitat són els tractamentsmecànics, d’ultrasons i tèrmics. Al Departament d’Enginyeria Química de la Universitat deBarcelona, s’han fet estudis previs d’aquests pretractaments amb augments molt consi-derables de producció de biogàs. Les inversions són, però, altes, i també el manteniment.El que compensa, bàsicament, és la reducció del volum de fangs que s’han de gestionari, per tant, la viabilitat la dictarà el cost de gestió i també el valor que es vulgui donar al’obtenció d’una quantitat més gran d’energia renovable (biogàs). A escala industrial on hiha més aplicacions és a Alemanya, a causa del preu de l’abocador o la incineració. Elspretractaments més utilitzats en aquest cas són els que s’han mencionat anteriorment.

Microcontaminants i evolució en el medi

En la societat industrialitzada es posen en circulació una quantitat ingent de productesorgànics tant per a ús industrial com per a ús domèstic. Productes de neteja, de desin-fecció, fàrmacs, pintures, hidrocarburs, etc., tots d’ús habitual tant a la llar com en llocspúblics, en són exemples. La major part d’aquests compostos, a causa de l’arrossega-ment o a les escorrenties, o bé perquè són residus d’un procés industrial, s’incorporena l’ambient a través de les EDAR i, en general, a causa del seu caràcter hidrofòbic i/olipofílic, especialment als fangs, on es poden bioacumular.

Sovint s’anomenen microcontaminants orgànics, a causa de la seva petita concentracióen els fangs. L’estructura química d’aquests compostos, i també les seves propietats, sónmolt variades, i alguns són altament bioactius. Els grups funcionals també són molt diver-



sos i poden estar presents de manera múltiple en un únic compost. Entre els microcon-taminants orgànics de caire industrial són especialment coneguts, perquè la seva concen-tració ha estat limitada en esborranys de la directiva sobre utilització agrícola dels fangs,els següents: els hidrocarburs aromàtics policíclics (PAH); els dietilhexilftalats (DEHP); elsbifenils policlorats (PCB); els organohalogenats adsorbids (AOX); els nonilfenols i nonilfe-nols etoxilats (NPE) i els alquilobenzosulfonats lineals (LAS).

La concentració d’aquests compostos en els fangs es troba a índexs força baixos (mg/kg),la qual cosa en dificulta la detecció amb tècniques analítiques convencionals.

De fet, l’entrada d’aquests microcontaminants en el medi és contínua, i encara que la sevaestabilitat no fos alta, i que es poguessin eliminar o transformar (mitjançant biodegrada-ció, hidròlisi, fotòlisi, etc.), estaria constantment contrarestada per la seva reposició. Això,sumat a la possibilitat d’efectes indetectables, però continuats, en el seu llarg cicle de vidasobre elements del medi ambient, fa que sigui necessària una actuació sobre aquest pro-blema.

En aquest sentit, al Departament d’Enginyeria Química de la Universitat de Barcelona s’hanfet treballs preliminars per estudiar la destinació d’aquests compostos durant la digestióanaeròbica dels fangs. S’ha comprovat que aquests compostos són biodegradats o,com a mínim, biotransformats. També s’ha comprovat que els pretractaments no tan solsaugmenten la biodegradabilitat anaeròbica, sinó que, al mateix temps, ajuden que la con-centració dels microcontaminants orgànics a la sortida sigui significativament més baixaque a l’entrada. És evident que el tema mereix un estudi més detallat, on s’identifiquin lescondicions d’operació de la digestió anaeròbica, incloent, si escau, pretractaments queassegurin la biodegradabilitat efectiva i no tal sols la biotransformació dels microcontami-nants orgànics. Això pot esdevenir especialment important si la nova directiva europea ques’anuncia per al 2008 legisla finalment sobre el contingut d’aquests tipus de compostosen els fangs que han d’anar a parar al sòl agrícola.

D’altra banda, també cal mencionar la destinació dels compostos anomenats PPCP, siglesangleses que signifiquen pharmaceutical and personal care products, és a dir, bàsica-ment fàrmacs i cosmètics. Aquests productes, d’ús habitual al món occidental, es tro-ben acumulats als fangs de les depuradores més remotes de nuclis urbans d’àmbitestrictament rural, a causa del seu ús tant a les grans aglomeracions urbanes com alspetits municipis. S’han descrit efectes d’aquests compostos sobre algunes espècies ani-mals, malgrat que no han estat demostrats efectes negatius per als humans, pel fet queaquestes substàncies estiguin bioacumulades en els fangs. Tot i així, estudis conduïts enl’àmbit del laboratori també han demostrat que la digestió anaeròbica contribueix a la sevabiotransformació i possiblement biodegradació (Carballa, 2004). La taula 4 mostra l’evo-lució durant la digestió anaeròbica en condicions mesofíliques i termofíliques de diversosPPCP. Es pot observar que en condicions termofíliques el rendiment és una mica supe-rior. En tot cas, cal afegir que calen més treballs en aquesta línia per esbrinar quins sónels metabòlits del procés de digestió. Tal com s’ha esmentat, cal assegurar que es pro-dueixi la total biodegradació o bé que els metabòlits siguin productes innocus.



Taula 4. Eliminació de productes farmacèutics i cosmètics durant la digestió anaeròbica de fangs dedepuradora (adaptat de Carballa, 2004)

Compost Percentatge eliminat

Fragàncies Mesofílica Termofílica

Galaxolida 65-70 75

Tonalida 30-40 30-70

Tranquil·litzants

Carbamazepina 20-30 25-35

Diazepam 25-35 30-45

Conclusions

La digestió anaeròbica és un tractament sostenible per als llots en el sentit que extreuuna energia de la part fàcilment biodegradable i recupera l’altra matèria orgànica, i tam-bé els nutrients per al sòl. El fet que sigui una energia renovable afavoreix la disminucióde les emissions de gasos d’efecte d’hivernacle, la qual cosa fa que en el futur sigui mésassequible la instal·lació d’un sistema anaeròbic de tractaments de fangs en una EDAR.D’altra banda, i tal com s’ha assenyalat en aquest article, hi ha aspectes que poden serobjecte de desenvolupament, com poden ser els relacionats amb la codigestió amb altressubstrats aprofitant la mateixa infraestructura ambdós substrats. També, i tenint encompte els costos de la gestió de fangs, es poden desenvolupar els pretractaments peraugmentar la biodegradabilitat dels fangs i, per tant, la seva conversió a biogàs. Aixòcomporta principalment una disminució important de la quantitat de fangs que cal ges-tionar.

Per concloure, cal assenyalar que les depuradores d’aigües residuals urbanes han estatdissenyades per ser molt efectives quant a l’eliminació de la demanda química d’oxigen(DQO) i dels nutrients (N i P). Però a les zones urbanes, les aigües residuals poden con-tenir un gran nombre de compostos sintètics i naturals, que no han estat considerats enel procés de depuració. Això té com a conseqüència la presència d’aquests compostosen els diferents compartiments ambientals, però especialment en els fangs per la seva bio-acumulació. Malgrat que calen estudis aprofundits sobre els tractaments idonis, la diges-tió anaeròbica dels fangs ha demostrat, a priori, que és una bona opció, en especial si esporta a terme en condicions termofíliques. Cal, però, aprofundir en el seu estudi, així comen els tractaments que la poden precedir.



Bibliografia

CARBALLA, M., OMIL F.; LEMA, J. M.; LLOMPART, M.; GARCÍA-JARESB, C.; RODRÍGUEZ, I.; GÓMEZ,M.; TERNES, T. (2004). «Behavior of pharmaceuticals, cosmetics andhormones in a sewa-ge treatment plant». Water Research, 38, p. 2918-2926.

DOHANYOS, M.; ZABRANSKÁ, J.; KUTIL, J.; PENICEK, P. (2004). «Improvement of anaerobic diges-tion of sludge». Wat. Sci. Technol., 49, p. 89-96.

KRUPP, M.; SCHUBERT, J.; WIDMANN, R. (2005). «Feasibility study for co-digestion of sewa-ge sludge with PFMSW on two wastewater treatment plants in Germany». Waste Mana-gement, 25, p. 393-399.

MATA, J. [ed.] (2003). Biomethanization of the organic fraction of municipal solid wastes.Londres: IWA Publishing Company.

MATA, J.; CECCHI, F. (1989). «Joint anaerobic digestion of sewage sludge and sorted orga-nic fraction of municipal solid waste to attain the energetic autonomy in wastewater treat-ment plants». Workshop of the FAO-CNRE: Biogàs Production Technologies. Saragossa,10-13 d’abril.

OLES, J.; DISHTL, N.; NIEHOFF, H. (1997). «Full scale experience of two stagethermophilic/mesophilic sludge digestion». Wat. Sci. Technol., 36, p. 449-456.

PNLD (2001). «Pla Nacional de Llots de Depuradora». Butlletí Oficial de l’Estat, núm. 166(12 juliol 2001). Resolució de 14 de juny de 2001.

RIMKUS, R.; RYAN, J.; COOK, E. (1982). «Full scale thermophilic digestion at the west-sout-hetwest sewage treatment works». Journal WPCF (Chicago, Illinois), 54 (11), p. 1447-1457.



Provetes de laboratori.Morters amb llots

Valorització de llots de depuradora:Projecte LLOT - prefabricatsVerònica Kuchinow. ZICLA. Productes Reciclats per a la Construcció

Els llots de depuradora urbana ja es poden convertir en materials de construcció. La tec-nologia LLOT permet incorporar aquest residu en matrius de ciment per fabricar prefabri-cats de formigó, com si es tractés d’una matèria primera més.

D’aquesta manera s’aconsegueix valoritzar un residu de generació contínua i de compli-cada gestió.

Antecedents

La tecnologia LLOT és el resultat del Projecte d’investigació LLOT, desenvolupat des del’any 1993 per la UPC1 amb el suport de la Junta de Sanejament (ara Agència Catalanade l’Aigua) i les empres ACYCSA i Taller d’Enginyeries, SA.

Iniciat amb fangs deshidratats per a aplicacions en formigons per a bases i subbases decarreteres, el projecte continua actualment amb l’aplicació de fangs assecats tèrmicamenten prefabricats de formigó.

Dues tesis doctorals i

nombroses tesines, publicacions i treballs d’investigació demostren la viabilitat científica delmètode de valorització.

El projecte pilot de fabricació demostra la seva viabilitat comercial, tècnica i econòmica,com a alternativa vàlida de tractament finalista.


1. Departament d’Enginyeria de la Construcció de l’Escola Tècnica Superior d’Enginyers de Camins, Canalsi Ports de Barcelona.



Proves de lixiviació

Fang deshidratat

La tecnologia LLOT

La tecnologia LLOT és un mètode de tractament de fangs residuals mitjançant lligants hidràu-lics que transformen el residu en un material estable, inert, durador, apte per a obra civil.

Consisteix en la barreja íntima de fangs residuals amb lligants hidràulics i additius especí-fics.

L’estabilització es basa en la fixació dels elements tòxics (metalls i matèria orgànica, prin-cipalment) presents en el residu mitjançant l’acció conjunta d’efectes com ara:

- la densificació, - la formació de compostos insolubles i - la combinació química amb productes de nova formació provinents de la presa delciment, que, entre altres coses, basifica fortament la barreja.

L’aprofitament per a obra civil, d’altra banda, és possible gràcies a les característiquesmecàniques que aconsegueix el material una vegada endurit.

La tecnologia LLOT s’ha desenvolupat per a una àmplia gamma de fangs residuals queengloba des dels industrials fins als urbans, frescs o secs (deshidratats o assecats tèrmi-cament), d’origen fisicoquímic o biològic. Les principals conclusions del projecte són lesque s’indiquen a continuació:



Fang sec

Resum de conclusions de l’aplicació de fang fresc

Qualsevol tipus de fang és possible estabilitzar-lo mitjançant lligants hidràulics a base de barre-ges directes dels esmentats lligants amb el fang que s’ha de tractar i un ajustament de l’ai-gua necessària per a la correcta presa del lligant.

El lligant òptim és el ciment en proporcions de fins a 2:1 (lligant:fang), segons les aplica-cions.

El percentatge màxim de llot en les barreges és del 35% del pes total del producte.

La retenció d’espècies contaminants és gràcies a estructures químiques de nova forma-ció que engloben en les seves unions aquests contaminants. Les unions són químicamentestables i fortes i admeten alts índexs de contaminants.

El producte obtingut és altament impermeable, la qual cosa implica una encapsulació gai-rebé perfecta que protegeix el sistema estabilitzat enfront de l’entrada d’aigua i contra lalixiviació d’elements contaminants. La permeabilitat (assaig LCPC) no es manifesta fins apressions de 6 atmosferes per a la major part de dosificacions assajades i és ínfima.

La curació repercuteix de la manera habitual en els sistemes convencionals amb lligantshidràulics. Els llots tenen, en aquest aspecte, un efecte d’aigua positiu i moderat. La sevacontribució al bon comportament reològic de la mescla en fresc és notable. Això es tra-dueix en un excel·lent efecte tampó del producte obtingut respecte de l’aigua, la qual cosapermet una gran independència de les propietats mecàniques obtingudes per al seu úsen obra civil respecte de l’aigua addicionada (petits excessos normalment condueixen auna ràpida baixada de les resistències i permeabilitats).

El producte obtingut ofereix unes propietats mecàniques molt respectables i assoleixresistències compatibles amb aplicacions com ara rebliments, bases o subbases, etc. Éspossible arribar a valors de fins a 70 kg/cm2 en provetes amb llots de depuradores indus-trials. A més, les característiques intrínseques dels llots confereixen al producte major elas-ticitat, com ho demostren els mòduls de deformació obtinguts.


Assaig Estàndard 25% fang + CaCl2 35% fang + CaCl2

Inici de la presa 120 min. 3,5 hores 7,75 hores

Fi de la presa 180 min. 6,3 hores 23 hores

Temps de desemmotllament 2 dies 5 dies 12 dies

Resistència a la compressió 620,3 kg/cm2 199,37 kg/cm2 143,3 kg/cm2

Resistència a la flexió 95 kg/cm2 53,35 kg/cm2 37,4 kg/cm2

Densitat seca 2,18 g/cm3 1,75 g/cm3 1,6 g/cm3

Densitat saturada 2,33 g/cm3 1,99 g/cm3 1,89 g/cm3

Porositat 15,4% 23,3% 27,4 %

Absorció d’aigua 7% 13,2% 16,9%

Estabilitat volumètrica 0 mm 0 mm 0 mm

Font: Elaboració pròpia.

Resum de conclusions de l’aplicació de fang sec

Qualsevol tipus de fang assecat tèrmicament es pot estabilitzar mitjançant lligants hidràulicsen aplicacions industrials tipus prefabricats de formigó.

El percentatge màxim de fang sec en l’aplicació és d’un 10-15% sobre pes de ciment.

Amb aquestes dosificacions no s’aprecia cap mena de diferències en el producte ni en elprocés.

L’addició de llot millora la resistència a flexotracció.

L’addició de llot no genera cap impacte ambiental; són peces totalment inertes.

Conceptes bàsics sobre els mecanismes d’estabilització

La inertització de les substàncies i espècies iòniques contaminants amb un sistema basaten la presa i l’enduriment de lligants hidràulics es basa en quatre punts:

- La reacció dels contaminants amb els compostos del lligant i la producció desubstàncies insolubles en aigua i altres líquids.- La incorporació en l’edifici cristal·lí d’alguns productes de la hidratació del ciment.- L’adsorció en els hidrats formats pel ciment que tenen una alta superfície específi-ca.- La baixa velocitat de transport (capil·laritat i difusió) que es pot aconseguir.

Solubilitat dels metalls pesants en un sistema basat en el ciment endurit

La forta alcalinitat del medi que crea el ciment quan s’hidrata és un bon punt de partida,ja que la major part dels metalls pesants formen, en aquestes condicions, compostos inso-lubles (els hidròxids corresponents) amb la qual cosa se’n garanteix la fixació perfecta.



Fixació de metalls contaminants per la xarxa cristal·lina d’alguns components delciment hidratat

L’ettringita, forma cristal·lina o monosulfatada obtinguda de la presa del ciment, és unaestructura molt adequada per fixar espècies iòniques contaminants. El crom, el manganès,el cadmi, el plom i l’arsènic formen solucions sòlides quan estan integrats en aquests sul-foaluminats.

L’adsorció en els hidrats de ciment i les seves barreges

La retenció per part del ciment i clínquer és un fenomen d’adsorció dins de l’estructurapiroxenoide del silicat càlcic hidratat (CSH o tobermorita) i el paper de la cendra volant esrelaciona amb la densificació del sistema, però també amb una contribució al fenomen d’ad-sorció.

Disminució del transport per aigua i líquids orgànics

El transport de líquids en el formigó depèn sobretot del sistema de porus, del tipus de líquid,de la temperatura i de la humitat. Els mecanismes que predominen són la succió capil·lari la difusió.

La fixació dels metalls pesants en la pasta de ciment tanca encara més el sistema de porusi dificulta el transport.

Pel que fa als productes orgànics, la forta alcalinitat els fa insolubles o poc solubles, i lagran densitat assolible en dificulta molt el moviment.

Aplicacions

Les aplicacions possibles de la tecnologia LLOT són les següents:

Fang fresc Fang sec

Material de rebliment •

Formigó •

Gravaciment •

Prefabricats de formigó •

Material de rebliment

Estabilització del fang per ser usat com a materials de rebliment.

Pensat per a casos en els quals es requereixen grans quantitats de material de reblimentper a obres d’ampliació de ports, per guanyar terreny al mar.

Amb dosificacions de només pasta de ciment (sense àrids) s’aconsegueix un material sòlidi estable:



Material de reblè


Dosificació:

Fang 65%Ciment 32%Additiu 1%Aigua 2%

Característiques del material:

Inici de la presa 12 horesFinal de la presa 50 horesDensitat 1.100 kg/m3

Formigó

Inclusió del fang en la fabricació de formigó en massa per a aplicacions com ara paviments,rebliments de rases, etc. Pensat per a depuradores de nuclis urbans grans, amb dificul-tat per a tractaments convencionals (alta càrrega de contaminants, rebuig social, mancade terreny per a abocadors…).

La fabricació del formigó es podria realitzar a la mateixa depuradora amb la instal·lació de peti-tes plantes de producció per a aplicacions municipals.

Dosificació

Formigó estàndard Formigó llot

Fang - 25%

Ciment 12,84% 16,67%

Additiu 0,06% 0,5%

Sorra 37,45% 19,88%

Grava 43.87% 36,93%

Aigua 5,78% 1,02%


Tall de provetes cilíndriquesamb llot i àrid reciclat


Proveta d’una base de carreteraamb fang de depuradora

2. Cicles d’humitat-sequedat.

Característiques del material

Resistència a compressió a 28 dies 121 kp/cm2

Resistència a flexotracció a 28 dies 31 hp/cm2

Mòdul d’elasticitat 7.000 MpaDensitat 1990 kg/m3

Estabilitat volumètrica2 0,05 Dl/l0-106Permeabilitat ImpermeableLixiviació Dins de norma

Gravaciment

Inclusió del fang en la fabricació de graves tractades (gravaciment) per a aplicacions enbases i subbases de carreteres.

Malgrat que és una aplicació tècnicament viable, logísticament la seva aplicació és difícilja que la gravaciment es necessita puntualment en grans quantitats, mentre que la pro-ducció de fangs és contínua.



Peces prefabricades ambfang sec

Fang assecat tèrmicament(aprox. 10% humitat)

Tremugesd’àrids

Tremugesde fangs

Sitja deciment

Cintabàscula

Formigonera

Màquinaemmotlladora

Tremujabàscula

Additius

Emmagatzematge

Procès de fabricació

Prefabricats de formigó

Utilització del fang de depuradora assecat tèrmicament com a matèria primera per a la fabri-cació de productes prefabricats de formigó.

Amb fang sec, a causa de la concentració de tots els contaminants, cal abaixar els per-centatges d’addició, perquè petites quantitats ja són perceptibles per als formigons.

D’altra banda, en prefabricats, gràcies a la forta compactació a la qual estan sotmesesles peces durant el seu procés de fabricació, és possible afegir la màxima proporció defang que un formigó pot absorbir. Aplicacions de fins al 10% sobre quantitat de ciment noalteren ni les propietats del producte ni el procés de fabricació.


Bibliografia

VALLS, S. Estabilización física y química de los lodos de depuradora de aguas residualesy de material de demolición para su utilización en ingeniería civil. Barcelona, 1999. [Tesidoctoral]

YAGÜE, A.; VALLS, S.; VÁZQUEZ, E.; KUCHINOW, V. «Utilización de lodo seco de depuradorade aguas residuales como adición en adoquines de hormigón prefabricado». Materialesde Construcción [Barcelona], vol. 52, núm. 267 (2002).

— «Study of hydration of cement pastes and dry sewage sludge». Proceedings of the Inter-national Symposium by the Recycling and Reuse of Sewage Sludge. Dundee, Scotland,UK, 2001

VÁZQUEZ, E.; VALLS, S.; ROCA, S.; ROVIRA, J.; AURIN, R.; KUCHINOW, V.; GASSÓ, A. «Materialper a bases i subbases de carretera amb llots de depuradora i enderrocs». Ponències deles Jornades sobre la Reutilització de Fangs de Depuració d’Aigües Residuals Urbanes.Barcelona: Junta de Sanejament: Generalitat de Catalunya. Departament de Medi Ambient,1996.

VALLS, S.; VÁZQUEZ, E. «Stabilization and solidification of sewage sludges with Portlandcement». Cement and Concrete Research, vol. 30, núm. 10 (octubre 2000), p. 1671-1678.




Figura 1. Destinació percentual dels fangs generats a les EDARs de Catalunya durant el 2005

ASSECAT TÈRMIC38%

AGRICULTURA20%

COMPOSTATGE 32%

ABOCADOR 10%

La valorització energètica del compost de fangJosep Saña Vilaseca. Doctor en Ciències Químiques

Introducció

Entre la seva generació a l’EDAR i la seva destinació final, els fangs es poden sotmetre alque s’anomenen posttractaments. Els més habituals al nostre país són el compostatge il’assecatge tèrmic, i tenen per finalitat facilitar-ne l’emmagatzematge, reduir-ne els costosde transport fins a la destinació final o, fins i tot, ampliar el ventall de possibilitats a l’horade reutilitzar-los o eliminar-los definitivament.

Actualment a Catalunya es composten aproximadament 180.000 tones de fang l’any (Agèn-cia Catalana de l’Aigua, 2005), fet que representa el 32% dels fangs generats (figura 1).

A les instal·lacions de titularitat pública –Vilaseca, Blanes, Manresa i Olot– se’n compos-taren unes 44.000 tones durant l’any 2005 –un 24% del total compostat–, i el compostproduït es destinà gairebé en la seva totalitat a la jardineria, ja sigui privada, municipal od’obra pública. A la pràctica, aquest ús es veu condicionat per dos factors:

- La forta estacionalitat de la demanda. - L’oferta cada vegada més gran d’altres composts (de fems, de FORM, etc.).

Això fa que, encara que se sobredimensionin els magatzems de les instal·lacions, molt sovintqueden col·lapsats per la manca de demanda. Per tant, és d’interès buscar alternativesa la destinació actual del compost de fang que puguin cobrir les èpoques en què no hi hademanda agrària.

En aquest article es valora l’interès d’una d’aquestes alternatives: la valorització energè-tica del compost de fang, en concret la generació d’electricitat mitjançant la seva incine-ració en instal·lacions adequades.


Particularitats del procés de compostatge de fangs

El procés de compostatge de fangs requereix l’addició d’un material estructurant –habi-tualment, escorça o estella–, que compleix una doble funció:

- Donar macroporositat a la mescla per facilitar el pas de l’aire pel seu interior i acon-seguir, així, les condicions aeròbies que requereix el compostatge.

- Absorbir aigua per capil·laritat dels grumolls de fangs i aconseguir, així, que aquestsgrumolls adquireixin una microporositat interna que permeti la penetració de l’aire.

Per funcionar correctament, les mescles d’estructurant i fang han de ser extremadamentriques en el primer. Així, les relacions volumètriques emprades a les plantes de compos-tatge públiques van des de 2/1 fins a 5/1. I atès que els materials estructurants utilitzats,encara que són biodegradables, gairebé no es veuen afectats en la curta durada del pro-cés de compostatge, té molt sentit recuperar-los per reutilitzar-los en cicles posteriors decompostatge.

Quan una instal·lació de compostatge es planteja recuperar tot l’estructurant que li siguipossible, interessa que la mescla resultant del procés sigui suficientment seca perquè:

- La separació per garbellament de l’estructurant i el fang compostat (o semicompos-tat, depenent del moment en què es realitzi la separació) no resulti feixuga per cau-sa d’embussos freqüents del garbell.

- L’estructurant recuperat mantingui una capacitat similar per absorbir aigua percapil·laritat –presenti una sequedat similar a la que tenia originàriament– i pugui donarmicroporositat als grumolls de fang del cicle de compostatge següent.

Per aconseguir que els productes resultants del compostatge tinguin la sequedat adequada,cal que el fang que s’ha de compostar contingui suficient matèria orgànica degradable –gene-ri prou energia durant el procés– per aconseguir:

- Escalfar la mescla que s’ha de compostar i l’aire circulant.

- Evaporar la quantitat suficient de l’aigua introduïda amb el fang per tal de recuperarun material estructurant amb característiques (sequedat) similars a l’original. És a dir,s’ha de complir que: Aigua evaporada >– Aigua aportada pel fang + Aigua generadaper descomposició de la matèria orgànica - Aigua continguda en el compost de fang.

Si el balanç hídric així plantejat no resulta positiu, hi ha un excedent d’aigua que s’acumu-la en l’estructurant recuperat que va perdent progressivament la seva capacitat d’absor-bir aigua.

Fins fa pocs anys, el balanç hídric dels processos de compostatge de les instal·lacionspúbliques de Catalunya era negatiu perquè s’hi tractaven fangs:

- Ja preestabilitzats –de digestió anaeròbica, d’oxidació perllongada, etc.– amb unscontinguts en matèria orgànica degradable inferiors als dels fangs crus.

- Amb escassa sequedat, que habitualment es troba entre el 15% i el 20%. Això faque la relació entre aigua introduïda (aigua que s’ha d’evaporar) i matèria orgànica poten-cialment degradable (energia per evaporar l’aigua) sigui molt desfavorable (figura 2).




Figura 2. Relació entre aigua i matèria orgànica aportades per un fang, segons la seva matèria seca(estimacions pròpies)

14 16 18 20 22 24 26 28 30 32% matèria seca del fang

Rel

ació

aig

ua/m

atèr

ia o

rgàn

ica

del

fan

g

10

9

8

7

6

5

4

3

2

Estructurant nou0,2 m3 65-70% MS

Estructurant4,0 m3 65-70% MS

Fang1,0 tones 15-20% MS

Compostatge

Materialcompostat0,19 tones

65-70% MS

Garbelllat

Pèl·let0,075 tones 90-95% MS

Estructurant recuperat3,8 m3 65-70% MS

Compost0,19 tones 65-70% MS

Figura 3. Balanç de masses dels processos de compostatge de fang de les instal·lacions públiques de Catalunya

A finals de l’any 2002, i amb la finalitat de canviar el signe del balanç hídric del procés, s’hivan començar a introduir materials complementaris que:

- Aportessin matèria orgànica degradable, com ara el marro de cafè.

- Incrementessin la sequedat, en concret pèl·let procedent de les instal·lacions d’as-secatge tèrmic de fang i, per tant, reduïssin la relació aigua - matèria orgànica intro-duïdes amb els fangs.

Avui en dia, les instal·lacions de compostatge públiques funcionen incorporant pèl·let enuna proporció d’aproximadament un 7,5% respecte del fang tractat i obtenen de mane-ra gairebé sistemàtica un compost de fang que ronda el 65-70% de matèria seca. Ambaquesta sequedat s’aconsegueix separar fàcilment per garbellament el fang compostatde l’estructurant i aquest darrer manté intactes les seves característiques com a absor-bent. A la figura 3 es presenta un balanç de masses representatiu de les actuals condi-cions de procés a les esmentades instal·lacions de compostatge de fang.



Valorització energètica del compost de fang

L’única dada experimental del poder calorífic inferior (PCI) d’un compost de fang a la quals’ha tingut accés procedeix de la planta de compostatge de Vila-seca i Salou, i és de10 MJ/kg de matèria seca. Aquesta dada està en consonància amb el PCI que la biblio-grafia (Haug, 1980, i Stasta et al., 2006) atorga als fangs d’EDAR i que oscil·la entre els 8i els 12 MJ/kg de matèria seca. Els mateixos autors esmenten descensos en el PCI d’a-proximadament l’1,25% per cada 1% d’increment de la humitat del material.

Si prenem com a referència el PCI d’aquesta mostra de Vila-seca i Salou, i atès que lasequedat dels composts de fang que es generen actualment a les instal·lacions públiquesde compostatge de fangs de Catalunya oscil·la entre el 65 i el 70%, trobem que el seuPCI es mou entre els 5,6 i 6,3 MJ/kg de compost tal com es produeix (taules 1 i 2). I si,amb la finalitat de valoritzar energèticament el compost de fang, es forcés el procés decompostatge per obtenir un producte amb una sequedat del 80% –fet que a la pràcticaja s’ha aconseguit–, el PCI rondaria els 7,5 MJ/kg de compost. Cal remarcar que seque-dats d’aquests valors ja s’han aconseguit a la pràctica, simplement incrementant la pro-porció de pèl·let a la mescla amb fang lleugerament per sobre del valor habitual.

Si prenem com a referència el rendiment real de la incineradora de residus sòlids urbansdel Maresme (Consorci per al Tractament de Residus Sòlids Urbans del Maresme, 2006),el coeficient de generació d’energia elèctrica oscil·laria entre els 0,34 i els 0,45 kW·h/kgde compost.

Finalment, si tenim en compte que es generen, de mitjana, unes 0,19 tones de compost percada tona de fang tractat, el rendiment energètic estaria entre els 65 i els 87 kW·h/t de fangcompostat.

Les instal·lacions públiques de compostatge de fangs, la major part de les quals són tan-cades i amb complexos sistemes de recirculació i tractament de l’aire, tenen uns consumselèctrics força elevats, d’uns 50-60 kW·h/t de fang compostat. Per tant, la valoritzacióenergètica a través de la generació elèctrica en èpoques en què la via habitual de l’agri-cultura o la jardineria no fos factible retornaria com a mínim la despesa energètica implí-cita al procés del compostatge.

Taula 1. Valors de referència emprats en l’estimació de la capacitat de generació elèctrica del compost de fang

Paràmetre Valor Unitat

Poder calorífic inferior (MJ/kg matèria seca) 10,0 Unitats

Pèrdua PCI per cada 1% d’humitat 1,25 %

Rendiment generació energètica 0,060 kW·h/MJ

Relació compost generat - fang compostat 0,19 Tant per 1

Amb aquesta informació també seria interessant estudiar la viabilitat o l’interès de l’alter-nativa compostatge / valorització energètica a través de la generació d’electricitat per alsfangs amb elevats continguts de metalls pesants, i que per això resulten inapropiats pera l’agricultura. Atès que en aquest cas l’aprofitament energètic no seria estacional, sinó



continu, es podria dissenyar el procés per generar un compost d’elevada sequedat, i pertant amb un PCI apreciable. També es podria plantejar la utilització com a estructurant deles restes de mobles vells o d’aglomerat trinxats, inapropiats quan el compost es destinaa l’agricultura.

Taula 2. Estimació de la capacitat del compost de fangs per generar energia elèctrica

Sequedat del compost (% MS)PCI (MJ/kg compost) Generació elèctrica

kW·h/kg compost kW·h/t fang tractat

65 5,6 0,34 65,2

70 6,3 0,37 72,4

80 7,5 0,45 86,9

Conclusions

S’estima que el rendiment elèctric potencial del compost de fang produït a les instal·lacionspúbliques de Catalunya està entre els 0,34 i els 0,45 kW·h/kg de compost, la qual cosarepresenta entre 65 i 87 kW·h/t de fang compostat. Amb aquest rendiment es compen-saria, com a mínim, la despesa energètica implicada en el procés de compostatge.

La valorització energètica del compost de fang tindria sentit en les èpoques en les qualsno hi ha sortida cap a l’agricultura o la jardineria, o en el cas d’un compostatge gris, en elqual aquestes destinacions no són possibles.

Interessaria aprofundir en la viabilitat del compostatge com a alternativa biològica a l’as-secatge tèrmic dels fangs que no són aptes per a l’agricultura a causa de la seva eleva-da càrrega en metalls pesants o microcontaminants orgànics. Aquest compost podria serposteriorment valoritzat energèticament, tal com succeeix amb el fang assecat tèrmica-ment.

Bibliografia

Agència Catalana de l’Aigua (2005). Producció de Fangs. Campanya 2005.

HAUG, R. T. (1980). «Compost engineering. Principles and Practice». Ann Arbor Science,p. 1-655.

Consorci per al Tractament de Residus Sòlids urbans Del Maresme (2006). Dades tècni-ques de planta de tractament de residus sòlids.

STASTA, P.; BORAN, J.; BEBAR, L.; STEHLIK, P.; ORAL, J. (2006). «Thermal processing of sewa-ge sludge». Applied Thermal Engineering, núm. 26, p. 1420-1426.


Assecatge tèrmic de fangsTomás Cazurra Pérez. Director tècnic Depuradora del Baix Llobregat, SA

Producció creixent de fangs de depuradores d’aigües residuals

L’explotació de les estacions depuradores d’aigües residuals porta implícita la produccióde fang, amb una quantitat i qualitat variables que dependrà del cabal i les característi-ques de l’aigua tractada i de la tecnologia aplicada a l’EDAR.

L’entrada en vigor de la Directiva 19/271 de 1991 va establir l’obligació a tots els estatsmembres de construir estacions depuradores d’aigües residuals en uns períodes detemps determinats, depenent de la grandària de la població. Concretament els límits quefixava perquè les aigües residuals rebessin un tractament secundari o un procés equiva-lent eren:

- Com a molt tard, el 31 de desembre de l’any 2000 per a tots els abocaments queprocedissin d’aglomeracions que representessin més de 15.000 habitants equivalents.

- Com a molt tard, el 31 de desembre de l’any 2005 per a tots els abocaments queprocedissin d’aglomeracions que representessin entre 10.000 i 15.000 habitantsequivalents.

- Com a molt tard, el 31 de desembre de l’any 2005 per als abocaments en aigüesdolces o estuaris que procedissin d’aglomeracions que representessin entre 2.000 i10.000 habitants equivalents.

Com a conseqüència de l’aplicació d’aquesta Directiva, el nombre de plantes depuradoresha crescut d’una manera espectacular i amb elles, en paral·lel, la producció de fangs.

Gràcies a les depuradores construïdes, s’ha resolt el problema de la qualitat de l’aigua deles lleres receptores o punts del litoral on s’abocaven abans de la seva construcció lesaigües sense depurar, però en canvi han augmentat les dificultats per trobar una destina-ció al fang produït.

En la resolució del problema «què cal fer amb els fangs de les depuradores d’aigües resi-duals» han aparegut variables noves en els últims anys que dificulten la gestió de la sevaeliminació. Hi ha dos vectors oposats que compliquen la solució: d’una banda, l’augmentimportant en la quantitat de fang produït any rere any a mesura que s’han anat construintdepuradores, i de l’altra, l’increment de les exigències ambientals que en regulen l’elimi-nació.

Entre les regulacions mediambientals que restringeixen les destinacions del fang hi ha elmateix transport, cada vegada més car i complicat, i l’ús d’abocadors que d’acord ambla Directiva 1999/31 CE (relativa a l’abocament de residus) se’n restringeix la humitat. Apli-cacions bastant generalitzades com són l’ús del fang com a adob per a l’agricultura, jasigui directament després de digestió i deshidratació o després de ser sotmès a un pro-cés de compostatge, han quedat restringides per la Directiva 86/782 CEE.



Resumint, cada vegada es produeixen més tones de fang perquè el nombre de depurado-res i la seva capacitat de tractament augmenten i, al mateix temps, les noves reglamenta-cions mediambientals imposen criteris cada vegada més restrictius en les destinacions habi-tuals dels fangs. Així doncs, ha estat necessari trobar tecnologies relatives al seu tractamentque permetessin trobar solucions per gestionar els fangs d’una manera mediambientalcorrecta. Entre aquestes tecnologies hi ha l’assecatge tèrmic de fangs.

L’aigua al fang

Els centres de producció de fangs en una EDAR són els decantadors, ja siguin primaris osecundaris; els fangs retirats del fons d’aquests tancs de sedimentació no assoleixen unasequedat de l’1%. El primer tractament a què se sotmeten per augmentar-ne la concen-tració és un procés d’espessiment, ja sigui per gravetat, flotació o mitjançant l’ús de cen-trífugues (amb addició de polielectròlit o sense). El fang resultant assoleix una sequedatentre el 4% i el 6%, la qual cosa suposa que el volum de fangs es redueix a una quarta ouna sisena part del que va ser purgat des de decantació.

Els fangs resultants del procés de depuració d’aigües residuals urbanes tenen un caràcterhidròfil.

L’aigua present al fang, hi és en forma lliure i lligada, aquesta última inclou l’aigua d’hidra-tació col·loïdal, l’aigua capil·lar i l’aigua cel·lular.

La natura higroscòpica del fang de l’EDAR fa que sigui més difícil extreure l’aigua que sies tractés d’un material inorgànic normalment amb xarxes capil·lars més senzilles.

Els sistemes mecànics de deshidratació permeten eliminar part de l’aigua lliure, i en millo-rem la capacitat de deshidratació acudint normalment a un condicionament químic del fang,en general, mitjançant l’addició de polielectròlit.

Els sistemes més usuals per deshidratar el fang amb sistemes mecànics són filtres ban-da, centrífugues i filtres premsa. Depenent del tipus de fang i del sistema emprat, es podenassolir sequedats que oscil·len entre el 20% i el 30% o en alguns casos superiors, si elfang és fisicoquímic.

Per poder eliminar l’aigua lligada i la part de l’aigua lliure que no és possible eliminar perprocediments mecànics, cal acudir a l’aportació d’energia tèrmica que trenqui la xarxacol·loïdal en elevar la temperatura, fenomen que s’aconsegueix amb el condicionamenttèrmic del fang, mitjançant l’assecatge tèrmic, o en la incineració.

Si el sistema emprat és un assecador tèrmic, la sequedat resultant final estarà al voltantdel 85%, la qual cosa suposa, com ja es comentarà més endavant, que la quantitat defang que produirà una depuradora a la qual s’afegeixi com a sistema de posttractamentdel fang un assecatge tèrmic serà la quarta part de la que produiria si la línia de fangs aca-bés en la deshidratació mecànica.




Condicionament tèrmic del fang

Com que el condicionament tèrmic del fang va associat a moltes depuradores amb l’as-secatge tèrmic, a continuació se n’exposen les característiques i els avantatges principals.

El condicionament tèrmic del fang n’eleva la temperatura fins als 60°C a fi de millorar-nela capacitat de deshidratació mecànica i/o reduir el consum de polielectròlit. El que es pre-tén, en essència, és augmentar la sequedat i reduir el consum de polielectròlit. L’augmentde sequedat està al voltant d’un 4-5% i la reducció del consum de polielectròlit en un 15-20%.

L’energia calorífica necessària per escalfar el fang es pot aportar de diferents maneres, desde cremar un combustible aliè a l’EDAR (gas natural, gasoil, etc.) fins a aprofitar el biogàsgenerat als digestors anaeròbics de la depuradora o, millor encara, utilitzar la calor resi-dual del circuit de refrigeració o dels gasos de fuga d’un motor de cogeneració. Aquestúltim cas, a més d’obtenir l’energia calorífica necessària a un mínim cost, facilita aquestaaplicació de la calor sobrant als motors per complir millor l’estatut de cogenerador (figu-ra 1).

A les EDAR on es fa condicionament tèrmic del fang, és usual que el sistema de deshi-dratació es faci mitjançant centrífugues, ja que el fang quan s’escalfa a 60°C desprèn volà-tils i un forta olor, que gràcies a l’estanquitat de la centrífuga es redueix d’una maneraconsiderable enfront d’altres solucions a base de filtres banda o premsa.

ESQUEMA DE FLUXOS

Caldera aiguacalenta

Escalfadorespiral

Recuperadorespiral

Entrada fangs

Decantadorcentrífug

Tortó

DipòsitSortida central


Assecatge tèrmic de fangs

La línia de fangs la componen el conjunt de conduccions, dipòsits i equips, per mitjà delsquals es transporta i gestiona el fang, tant per minimitzar-ne el volum com per obtenir unaqualitat idònia a la seva destinació final.

Els criteris bàsics aplicables per al disseny d’una línia de fangs són:

- Reducció de la quantitat de fang produït.- Valorització dels fangs produïts.- Minimització de l’impacte ambiental.- Optimització del cost econòmic de la destinació dels fangs.- Adopció de tecnologies contrastades.- Simplificació en el moviment dels fangs.

El procés d’assecatge tèrmic, el que fa, és aportar l’energia tèrmica necessària per eliminarl’aigua fins al límit per al qual s’hagi dissenyat (normalment al voltant del 90% de sequedat alfang).

Les necessitats tèrmiques per evaporar un quilogram d’aigua a partir d’una temperaturade 20°C són 620 kcal.

L’energia tèrmica necessària per evaporar l’aigua, a la pràctica, depèn de l’eficiència de cadatipus d’assecador. Com a terme mitjà es pot considerar un consum d’unes 750 kcal/kg d’ai-gua evaporada. La forma d’aportar aquesta calor al fang és la que serveix per fer una clas-sificació dels tipus d’assecatge tèrmic.

L’assecatge tèrmic dels fangs és un posttractament que compleix els criteris bàsics de dis-seny enumerats anteriorment. Aconsegueix reduir les quantitats de fang passant-lo de lasequedat d’entrada del 20-35% (segons el sistema de deshidratació emprat, filtre banda,centrífuga, filtre premsa) al 90%, la qual cosa en general suposa que el volum de fang ala sortida sigui entre una tercera i una cinquena part del de l’entrada.

Higienitza el fang tractat ja que el sotmet a temperatures pròximes als 100°C i al mateixtemps estabilitza transitòriament la matèria orgànica ja que inhibeix els processos de des-composició bacteriana per falta d’aigua.

Quant a l’aspecte de valorització i reutilització, permet transformar un producte pastós (20%de matèria seca) en un producte sec,

generalment en forma de pellets o boles d’entre 1 i 3 mm de diàmetre, que pot ser apli-cat en l’agricultura, si les seves característiques de composició quant a metalls pesantsel fan compatible per a aquest fi. La seva presentació granular seca el fa més fàcilmentaplicable als camps, en redueix considerablement els costos de transport i aplicació, jaque les quantitats que s’han de distribuir queden reduïdes a la quarta part per aportar lamateixa quantitat de nutrients, i el fet d’actuar com a corrector orgànic és un valor afegitque millora l’estructura del sòl.




Assecatge tèrmic EDAR delBaix Llobregat (Barcelona)

El fang sec pot ser igualment utilitzat com a combustible de baixa qualitat, en general, acimenteres (el valor calorífic d’aquests pellets té una equivalència aproximada de 4 kg depellets = 1 litre de gasoil), a incineradores d’escombraries i plantes tèrmiques.

Minimitza l’impacte ambiental que suposa en molts casos el fet d’enviar els fangs a un abo-cador, ja que com que porta només un 10% d’humitat (la mateixa que la del paper nor-mal) elimina els lixiviats que pogués generar i allarga la vida útil de l’abocador perquè redueixel volum ocupat per l’aigua que contenia.

En termes estrictament monetaris pot establir-se que, en general,

l’optimització del cost econòmic en l’assecatge tèrmic serà competitiva en aquelles situacionsen què el fang no pugui tenir una destinació com a aplicació al sòl

i l’alternativa de l’abocador tingui un cost de taxa d’entrada més transport > 30 euros/tcom a cost de referència.

És una solució amb una tecnologia contrastada que, encara que no gaire difosa, sí queté anys d’experiència. Les mides d’aplicació, en general, són a partir d’una capacitat d’e-vaporació de 2 m3/hora, la qual cosa equival a una capacitat de tractament, per a un fangamb un grau de sequedat d’entrada del 30%, de 18.000 t/any, fet que suposa una o diver-ses EDAR que tractin en conjunt un cabal de 40.000 m3/dia d’aigua residual. Lesinstal·lacions d’assecatge tèrmic solen ser modulars amb diverses unitats, les midesestàndard de les quals són d’1, 2, 3, i 4 m3/hora.

Quant al transport dels fangs, solen ser instal·lacions que donen servei a més d’una depu-radora i normalment estan instal·lades en la que produeix major quantitat de fang, la qualcosa implica un moviment del fang des d’altres plantes fins a la instal·lació d’assecatge iresulta rendible perquè s’aprofita l’economia d’escala. A més a més, permet fer funcionarl’assecatge en la seva total capacitat perquè regula l’entrada de fangs amb les plantessatèl·lits que el transporten fins a la central.

Per a això és imprescindible preveure en el disseny de l’assecatge una tremuja de recep-ció de fangs que pugui fer de pulmó regulador tant per a les èpoques de l’any en què fluc-tuï a la baixa la producció de fangs com en aquelles plantes que només deshidratin durantel dia i es pretengui, com sol ser molt usual, funcionar les 24 hores. Igualment a la planta


central cal una sitja reguladora o un altre sistema que permeti, en cas d’avaria, poder por-tar els fangs a altres destinacions alternatives, que podrien ser un altre assecatge, aplica-ció al sòl, abocador, compostatges, etc., depenent de les característiques del fang.

Tipus d’assecadors

Depenent de la forma de transmissió de la calor al fang hi ha dos tipus d’assecadors:

Contacte. Els sòlids que s’han d’assecar són escalfats per contacte amb una superfíciecalenta (indirecta).

És fonamental la superfície de l’assecador, per la qual cosa són més efectius aquells quetreballen amb una capa fina de fang en contacte amb la superfície, normalment calenta,amb la circulació d’oli tèrmic o vapor d’aigua pel seu interior.

Convecció. Un gas calent (aire, gasos de fuga…) transmet directament la calor a la matè-ria que s’ha d’assecar.

El rendiment de l’assecador augmenta amb l’increment de velocitat del fluid.

A banda d’aquests dos sistemes hi ha els de radiació, però que no són emprats a esca-la industrial en l’assecatge de fangs.

Una altra classificació molt usual és la de directes i indirectes, que depèn de si els gasosde combustió entren o no en contacte amb el fang que s’ha d’assecar.

Als assecadors de convecció es necessita una gran superfície de fang exposada al correntde gasos calents.

Normalment és necessària una barreja de fang deshidratat i de fang ja sec per aconse-guir formar petites boles que ofereixen una major superfície de contacte amb el gas calenti a més a més d’aquesta manera se’n facilita el transport al llarg de l’assecador.

La recirculació de producte sec en aquest tipus d’assecadors pretén aconseguir una barre-ja en què la sequedat a l’entrada estigui al voltant del 55% per evitar la fase plàstica delfang, que és la que majors problemes crea en el transport interior per l’adherència a lesparets de l’assecador.

Descripció i esquemes de funcionament

Tipus d’assecadors per convecció:

- Assecadors de tambor:desplaçament pneumàtic.desplaçament mecànic.- Assecadors de cinta o banda.- Assecadors de llit fluid.




Figura 2. Assecatge tèrmic de fangs per convecció bomba de calor

Tipus d’assecadors per contacte:

- Assecadors de discos.- Assecador de pisos múltiples (vertical de safates).- Assecador d’estrat prim (turboassecador).

A continuació s’exposen els esquemes de funcionament d’alguns dels sistemes.

Assecadors de cinta o banda

El fang s’extrudeix donant-li forma de petits espaguetis que es dipositen sobre una cintaperforada. Aquesta cinta avança dins un túnel on se l’exposa a un corrent de gasoscalents. Dins aquest sistema s’haurien de diferenciar per la temperatura dels gasos, i potarribar a funcionar algun model a molt baixa temperatura ( 55°C) mitjançant l’aportació dela bomba de calor (figura 2).

Assecadors de llit fluid

El fang humit s’introdueix en una cambra parcialment plena del material que farà de llit –elmateix fang sec. Pel fons d’aquesta cambra s’injecta un gas calent, normalment aire, quecrea unes turbulències que manté en suspensió la barreja llit-fang. A causa de la calor delgas i la turbulència, el fang s’asseca. Els equips d’aquesta tecnologia afegeixen una altrafont d’aportació de calor a través d’intercanviadors de calor submergits en el llit fluid (figu-ra 3).

Tremujade regulació

Comformadoresde fangs

Túneld’assecatge

Circuitde gasos

Circuitde gasos Sortida de

pellet

Tremuja derecollida

Bombesde calor

Bombesde calor



Figura 3. Assecatge tèrmic de fangs per convecció llit fluid

Assecador d’estrat prim

Essencialment consisteix en un cilindre que porta una camisa calenta i dins el qual gira unrotor que obliga el fang a desplaçar-se al llarg d’aquesta camisa calenta. La calor s’aporta aaquesta camisa mitjançant oli tèrmic o vapor. En aquest tipus d’assecador, normalment, unapart de la calor que s’hi aporta mitjançant aire calent. D’alguna manera, aquest tipus d’as-secador seria de contacte i de convecció, i les aportacions de calor entre una forma i l’altraestarien repartides a dos terços i un terç. El temps de permanència del fang és de pocs minuts.

Es pot graduar la sequedat de sortida i no té recirculació de fangs (figura 4).

Assecatge solar de fangs

En aquest tipus d’assecador s’utilitza la radiació solar per escalfar i evaporar l’aigua con-tinguda als fangs. Transforma els fangs deshidratats (sequedat mínima del 15%) en un pro-ducte sec i granulat de sequedat ajustable entre el 45% i el 80%.

L’assecatge s’efectua sota hivernacle per efecte de les radiacions solars i amb l’ajuda d’u-na màquina de desplaçament longitudinal que escarifica els fangs. Aquesta màquinaassegura el volteig, l’aireig i el transport dels fangs al llarg de l’hivernacle.

Aquests hivernacles exigeixen disposar, a més de la ventilació natural, d’una ventilació força-da d’ajuda. És un sistema simple de funcionament automàtic, amb uns costos baixos d’ex-plotació i que utilitza el sol com a font d’aportació d’energia, la qual cosa els fa recoma-nables per a poblacions mitjanes o petites. La capacitat d’evaporació d’aquestesinstal·lacions varia de 600 a 1.500 kg d’aigua/m2/any depenent de la regió on s’instal·li.

GarbellCicló

Pols

Circuitde gasos

Aigua del’EDAR

Aigua al’EDAR

Condensador

Ventilador

Sortida depellet

Assecador dellit fluid

Sortidade gasos

Sortidade fang sec

Entradade gasos

Circuit d’oli

Fums

Mescladora

Tremuja derecirculació

Tremuja deregulació

Recepció defangs

Escomesa degas natural Caldera d’oli

tèrmic

Entradade fang

Deshidratacióde fangs

de l’EDAR

Fangs d’altresEDAR

Intercanviadord’aire



Figura 4. Assecatge tèrmic de fangs per contacte - convecció turboassecador

Assecador solar

Disseny de la instal·lació

Les instal·lacions d’assecatge tèrmic de fangs de depuració són plantes de gran comple-xitat on interven molts processos –tecnologies– i equips diferents, la major part dels qualssón crítics, ja que la seva aturada implica l’aturada general del procés.

En línies generals, a major quantitat d’equips i de complexitat de la instal·lació, major faci-litat de produir-se incidències i dificultat d’explotació. S’ha constatat que una gran quan-titat de les aturades de les plantes són causades per avaries d’equips auxiliars, més quedels mateixos assecadors. Els elements auxiliars més comuns a les instal·lacions d’asse-catge tèrmic són:

- Tremuja de recepció de fangs- Bombes o caragols d’alimentació

Hidrocicló

Cicló

Ventilador

Circuitde gasos

Aigua del’EDAR

Aigua del’EDAR

Aigua del’EDAR

Sortida depellet

Circuit d’oli

Fums

Recepció defangs

Escomesa degas natural Caldera d’oli

tèrmic

Intercanviadoroli-aire

Aiguafons deregulació

Aiguafons dedosificació

Turbocondensador

Turboassecador

Deshidratacióde fangs

de l’EDAR

Fangs d’altresEDAR


Fangs assecats tèrmicament

- Mescladora- Cremador- Alimentació de gas natural- Intercanviadors de calor- Garbell molí- Recirculació de fang- Cicló- Ventilador- Refrigerador del producte sec- Circuit d’aigua per a condensació- Pel·letitzador - Inertització- Control-automatització- Desodorització- Condensador- Sitja d’emmagatzemament

Assecatge tèrmic - Cogeneració

El cost més important en l’explotació de l’assecador és l’energia tèrmica necessària perevaporar l’aigua. Aquesta energia es pot subministrar mitjançant la utilització del biogàsde digestió, si existís, complementat amb una font externa (gas natural, gasoil, propà…).

Amb la finalitat de reduir els costos d’explotació de l’assecatge tèrmic, es plantegen solu-cions de cogeneració associades a aquests assecadors.

L’esquema d’aquestes cogeneracions és essencialment el següent: s’instal·la un motorde gas o turbina, segons la grandària de la instal·lació, i el límit diferenciador se situa alvoltant de 3 MW. Els motors o les turbines es dimensionen de manera que l’aprofitamentde l’energia calorífica dels gasos de fuga i circuits de refrigeració, sumats al rendiment elèc-tric, permetin estar inclosos dins l’estatut de cogenerador, perquè, d’aquesta manera, elsobrant d’energia, si és possible, pugui exportar-se a la xarxa elèctrica.




Motors cogeneració EDAR delBaix Llobregat (Barcelona)

Esquemes més usuals de combinació cogeneració - línia de fangs

Per poder complir amb l’estatut de cogenerador, cal tenir la màxima aplicació possible dela calor sobrant del motor o la turbina. Les aplicacions més lògiques d’aquesta calor dinsl’estació depuradora són l’assecatge tèrmic, l’escalfament de digestors i el condiciona-ment tèrmic del fang abans de deshidratar.

La combinació de les possibles formes de presentació de l’energia tèrmica aprofitable,segons quin sigui el sistema de cogeneració emprat (motogenerador, turbina de gas, tur-bina de vapor, cicle combinat), unit als possibles processos d’aplicació d’aquesta calor(condicionament tèrmic del fang abans de la deshidratació, digestors i assecatge tèrmic),dóna lloc a un ampli ventall de possibles solucions.

L’aplicació més important, quant a quantitat de calor, en l’assecatge tèrmic té, al seu torn,una sèrie de variables segons quin sigui el tipus (convecció, contacte i mixt) i, al seu torn,depèn en els de contacte si l’element transportador de la calor és oli tèrmic o vapor d’aigua.

En els assecatges de contacte que utilitzen oli tèrmic, el salt tèrmic utilitzable està apro-ximadament a partir dels 220°C; en els de convecció l’aplicació de la calor aprofitable espot fer des de la temperatura ambient, i en els mixtos serà en funció de la relació de calord’evaporació contacte/convecció.

L’escalfament dels digestors, així com el preescalfament de fangs abans de la deshidratació,permet aprofitar la calor que no es pot aprofitar en l’assecatge tèrmic, sobretot si aquest ésde tipus indirecte.

Com que escalfa els fangs de digestió, permet que el biogàs de digestió pugui destinar-se a produir energia elèctrica, ja sigui en els mateixos motors de cogeneració barrejat ambgas natural o bé en petites cogeneracions específiques per al biogàs.

El condicionament tèrmic del fang previ a la deshidratació exigeix escalfar-lo fins a una tem-peratura pròxima als 60°C, i de les experiències dutes a terme amb centrífugues s’infe-reix un augment de la sequedat de cinc punts, la qual cosa redunda en una reducció dela capacitat necessària en l’assecador perquè redueix l’aigua que conté el fang, a més d’unconsum menor de polielectròlit.


Figura 5. Assecatge tèrmic de fangs per contacte - convecció i cogeneració elèctrica associada

Figura 6. Assecatge tèrmic de fangs per contacte i cogeneració elèctrica associada

Les figures 5 i 6 representen esquemàticament dos tipus d’assecador associats a coge-neració.

Avantatges econòmics del sistema assecatge tèrmic - cogeneració

L’avantatge més immediat és l’estalvi en el cost d’explotació de l’assecatge tèrmic, per-què es disposa d’energia tèrmica sobrant dels motors o turbines a cost zero tant per a


Aiguafons deregulació

Tremuja deregulació

Aiguafons dedosificació

Fums

Caldera auxiliard’oli tèrmic

Motogeneradorde gas natural

Motogeneradorde gas natural

TurboassecadorSortida de

pellet

Sortida depellet



l’assecador com per a qualsevol de les altres dues aplicacions considerades (escalfamentde digestors i condicionament tèrmic del fang previ a la deshidratació).

L’increment del grau de sequedat en la deshidratació en cinc punts implica que un fang ambuna sequedat del 22% passi al 27%, cosa que permet reduir la capacitat de la instal·lació del’assecatge tèrmic en un 25%, o bé mantenir la grandària de la instal·lació donant servei a plan-tes exteriors fins a una quarta part més de la seva capacitat, amb les consegüents reduccionsde grau d’inversió necessària per a la construcció de l’assecatge tèrmic si s’opta per reduir lagrandària de la instal·lació o donar servei a més plantes si la segona alternativa és l’elegida.

L’avantatge econòmic fonamental radica en els ingressos obtinguts per la venda de l’e-nergia elèctrica produïda, acollint-se a l’estatut de cogenerador, que permet tenir un mar-ge d’explotació que fa viable amortitzar la inversió a curt termini. Aquest tipus d’instal·lacionssón molt atractives.

Quant a l’aprofitament de la calor en els digestors, suposa poder destinar tot el biogàs gene-rat per produir energia elèctrica, la qual cosa suposa un augment de producció de l’ener-gia elèctrica que es podria generar en una aplicació específica d’aquest biogàs.

Tots aquests avantatges fan de la combinació assecatge tèrmic - cogeneració una solu-ció molt atractiva econòmicament, mediambientalment correcta, i competitiva amb les líniesde fangs més usuals i convencionals. En els últims anys ha tingut un creixement impor-tant quant al nombre de depuradores en què la línia de fangs preveu la inclusiód’instal·lacions d’assecatge tèrmic, en general associades a instal·lacions de cogenera-ció.

Valorització del fang. Residu zero

A través del procés d’assecatge tèrmic és possible arribar al concepte de residu zero, ente-nent-lo com la total transformació del subproducte fang en un recurs útil per a una apli-cació posterior (agricultura, recurs energètic o primera matèria per a la construcció).

En el quadre adjunt s’indiquen els processos de digestió i assecatge tèrmic, els produc-tes resultants d’aquests processos i la seva possible aplicació.

Valoració

Procés Producte resultant Aplicació

Digestió Fang estabilitzat Agricultura

Biogàs Caldera auxiliar digestor

Motogenerador específic

Motogenerador assecatge tèrmic

Assecatge tèrmic Fang sec (90%) Agricultura

Material suport compostatge

Cimenteres

Centrals tèrmiques

Gasificació


Viabilitat econòmica

Perquè sigui viable l’aplicació de la tecnologia de l’assecatge tèrmic es necessiten unes capa-citats mínimes que oscil·len al voltant de 50.000 m3/dia

o, millor encara, projectar-los per donar servei a un grup de plantes amb una certa proxi-mitat geogràfica que en conjunt superin la grandària abans indicada.

Els paràmetres que més afecten la viabilitat econòmica de l’assecatge tèrmic associat ala cogeneració són:

- Preu de venda de l’electricitat.- Preu del gas natural.- Rendiment elèctric del motogenerador.- Grandària de la instal·lació.- Humitat del fang.- Contingut en matèria orgànica.- Taxa d’abocador.

La sensibilitat de cadascun d’aquests factors és molt variable i se n’ha d’analitzar per acada cas concret la influència econòmica, la qual està, al seu torn, condicionada pels valorsque s’adoptin per a la resta dels paràmetres.

Una alternativa de futur

La tendència futura, i ja en implantació, va en la idea d’allargar la línia convencional dels fangs,afegint un nou procés d’assecatge tèrmic, alhora que introdueix nous elements

(preescalfament de fangs abans de la deshidratació, instal·lacions de cogeneració a par-tir de gas natural…).

Tot això suposa que, cada vegada més, les línies de tractament de fangs exigeixen per-sonal amb experiència i experts en processos innovadors, principalment lligats a aspec-tes energètics. Saber aprofitar les oportunitats que aporta el valor energètic del fangsuposa reduir de manera substancial els costos d’explotació i, al mateix temps, dóna solu-ció a la destinació dels fangs.

Aquests processos permeten arribar fins al límit del residu zero, gràcies a la valoritzaciódel producte final en transformar-lo en un recurs útil, vàlid per a aprofitaments molt diver-sos (agricultura, combustible, primera matèria per a la construcció…).

En general, els processos de valorització energètica s’aniran imposant a mesura que les alter-natives abocador i aplicació al sòl siguin més restrictives, per exigències legals i costos asso-ciats. Així està passant en alguns països de l’àmbit europeu on s’obliga que els productesque van a abocador tinguin un grau de sequedat > 35%, i un contingut en matèria orgànica< 5%. La regulació de l’aplicació agrícola és cada vegada més restrictiva, d’una banda, sobrequin tipus de sòls poden rebre fangs, condicionants físics (distància de lleres, poblacions, pen-dent, nivell freàtic…), condicionants químics (límit de metalls pesants i compostos halogenats),i, de l’altra, els relatius a la composició i el tractament a què ha estat sotmès el fang.



Les instal·lacions d’assecatge tèrmic disposen de tecnologia contrastada, són viableseconòmicament, valoritzen el fang i el transformen en un recurs útil per a un aprofitamentposterior, la qual cosa permet resoldre el problema de la destinació del fang de les esta-cions depuradores d’aigües residuals d’una manera mediambientalment correcta. És unaresposta adequada a la pregunta: Què cal fer amb els fangs?



La gasificació dels fangs d’EDARXavier Elias. Director de la Borsa de Subproductes de Catalunya

Resum

Aquest article fa referència a les vies de gestió de fangs d’EDAR, a conseqüència de lesdirectives sobre la limitació de l’abocament de la matèria orgànica en abocadors i l’inces-sant augment dels preus dels combustibles fòssils.

L’article està dividit en dues parts. En la primera es parteix del coneixement físic i químicde la naturalesa dels fangs. A més, es comenten els diversos sistemes de conversióenergètica i es fa especial esment a la gasificació com el sistema més apropiat per a lavalorització energètica dels fangs. La segona part es destina a mostrar exemples pràcticsi les diferents conclusions que se’n poden extreure.

1. Introducció

La missió dels fangs de les EDAR (estacions depuradores d’aigües residuals) és la del trac-tament de les aigües residuals procedents de diverses poblacions fins a assolir les con-dicions d’abocament a la llera pública obligades per la llei en vigor. La fracció sòlida i bonapart de la soluble continguda a l’aigua passaran a formar part del fang. Això fa que el fangtingui una gran quantitat d’aigua. Com que cada vegada és més car i complicat el trans-port i la gestió als abocadors, i a més aquesta via de gestió està en fase de progressivaprohibició d’acord amb la Directiva 1999/31/CE, relativa a l’abocament de residus (el16/7/2006 només podrà portar-se a l’abocador el 75% de la fracció biodegradable quees produïa l’any 1995, la quantitat haurà de ser del 50% el 2009, i tan sols del 35% el 2016),l’acció més lògica sembla la de reduir, en primera etapa, l’aigua que hi ha als fangs. Lasegona etapa, la que s’aborda en aquesta ponència, consisteix en avaluar diversos sis-temes de conversió energètica, en particular la gasificació.

Des del punt de vista ambiental, la depuració de les aigües transfereix els contaminantsals fangs resultants, així les aigües queden netes, però el problema subsisteix en els fangs(hi ha alguns investigadors, com ara Davis, que postulen que, a les aigües depurades, hiroman entre el 10% i el 30% dels metalls). Les vies tradicionals d’eliminació dels fangs,com ara l’aplicació a l’agricultura, ja sigui directament abocant sobre el terreny o indirec-tament mitjançant la fabricació de compost, han quedat severament restringides per la pro-mulgació de la Directiva 86/728/CEE, sobre l’ús dels fangs de depuració en agricultura(transposada com RD 1310/1990).

La primera opció per a la reducció de l’impacte ha consistit en assecar els fangs fins auna sequedat del 90% (a la sortida de l’EDAR, el més habitual és una sequedat del 23%),que permet reduir considerablement la quantitat de residu que s’ha de transportar a l’a-




Aiguaresidual

Aiguadepurada

Fangs

Aplicacióal sòl

Compostatge Abocament

Assecatge iabocament

Assecatgeamb

gasificaciói abocament

Assecatge,incineració iabocament

Assecatge iincineració

en cimentera

Sistemestèrmics

EDAR

Sistemes de tractament de fangs

Figura 1. Sistemes de tractament de fangs

bocador. No obstant això, aquesta operació és cara i l’ús de la cogeneració com a suporteconòmic en aquest tipus de gestió ha demostrat que és poc eficient. Cal cercar novesvies de valorització més properes a les directrius ambientals que emanen de Brussel·les.Una d’aquestes vies és, precisament, la gasificació.

Els fangs d’EDAR, per la seva condició de materials orgànics i inorgànics, presenten una com-plicada problemàtica quan són sotmesos a un procés de conversió energètica.

1.1. Sistemes de tractament de fangs d’EDAR

Només a títol d’introducció, la figura 1 assenyala diversos tractaments aplicats habitual-ment a la gestió de fangs d’EDAR.

La fracció sòlida i bona part dels contaminants presents a l’aigua tractada són separatsconjuntament com a fang residual. Tant és així que fa pensar que avui en dia aquest és elprincipal problema en la gestió de l’EDAR.

Al marge que en els apartats següents es dugui a terme una descripció de cadascun delstractaments de fangs, és convenient fer unes advertències preliminars:

- La tendència als Estats Units i la Unió Europea és realitzar un pretractament abansde l’abocament o de l’aplicació al sòl, cosa que a Espanya encara no es fa, si mésno de manera majoritària.

- El compostatge és cada dia més contestat i no pot fer-se a partir de qualsevol tipusde fang.

- Tots els sistemes tèrmics són, de fet, pretractaments.

- A gairebé enlloc de la UE s’utilitza la cogeneració com a sistema de suport a l’as-secatge tèrmic de fangs.

El fang d’EDAR es compon d’un 77% d’aigua, d’un 10-11% de matèria inorgànica i d’un 12-


13% de matèria orgànica, a conseqüència d’una sèrie d’etapes de tractament per les qualspassa l’aigua residual.

Conté matèria orgànica, elements de valor agronòmic, com ara nitrogen, fòsfor, potassii, en menor grau, calci, sofre i magnesi, i també contaminants, principalment metallspesants, contaminants orgànics persistents i microorganismes patògens (vegeu la taula1). Les característiques d’un fang són conseqüència de la càrrega contaminant de l’ai-gua a l’entrada de l’EDAR i de les característiques tècniques del procés a què l’aigua éssotmesa.

Taula 1. Organismes presents en fangs i possibles malalties

Grup Gènere Malaltia

Bacteris Salmonella Tifus - Paratifus - Enteritis

Shigella Disenteria

Escherichia Enteritis

Vibrio Còlera - Paracòlera - Enteritis

Clostridium Gangrena - Tètanus - Botulisme

Leptospira Leptospirosi

Mycobacterium Tuberculosi - Tuberculosi atípica

Virus Poliovirus Poliomielitis - Enteritis

Coxackivirus A Mals de cap i dolors musculars

Coxackivirus B Nàusees - Meningitis

Adenovirus Febre - Infeccions respiratòries

Enteritis - Conjuntivitis

Afeccions nervioses

Rotavirus Gastroenteritis infantil

Reovirus Grip - Diarrees

Hepatitis virus A Hepatitis agudes o cròniques

Protozous Entamoeba Disenteria amebiana

Giardia Amebiasi - Disenteria amebiana

Trematodes Schistosoma Esquistosomiasi

Cestodes Taenia Tènia - Cisticercosi

Nematodes Ascaris Ascariosi

Ancylostoma Anquilostomiasi

Es poden distingir dos tipus de fang:

- Fang primari: es produeix pel tractament fisicoquímic de l’aigua d’entrada en el trac-tament primari de l’EDAR.

- Fang secundari: procedeix del tractament biològic de l’EDAR (purgues de fang acti-vat) i del tractament terciari (clarificació de l’aigua).

Ambdós fangs habitualment es barregen per rebre el tractament de digestió anaeròbicaa l’EDAR o, senzillament, per deshidratar-los de manera mecànica.

Els residus del tractament preliminar de les aigües no es barregen amb els fangs atès que



es tracta de les partícules i els greixos que es retenen en els filtres, els desarenadors i laflotació (restes de plàstics, arenes, objectes surant a les aigües).

Els compostos contaminants que potencialment acostuma a tenir un fang són:

- Elements potencialment tòxics: metalls pesants com ara cadmi, crom (tetravalent ihexavalent), coure, mercuri, níquel, plom i zenc; elements procedents de productesquímics de la llar; aportacions procedents de les activitats industrials, etc.

- Contaminants orgànics: hidrocarburs poliaromàtics (PAH), PCB, ftalats, derivats delbenzè, dioxines i furans. Alguns d’aquests compostos són fàcilment degradables enel procés de depuració de les aigües, mentre que d’altres són persistents i acabenformant part del fang.

Altres components rellevants, però amb conseqüències a llarg termini poc estudiades, sónl’arsènic, el seleni i la plata, que juntament amb les substàncies disruptores endocrines(aquelles que interfereixen en el sistema endocrí a causa de la seva similitud amb les hor-mones naturals) troben el seu origen en els productes farmacèutics de consum.

2. Sistemes de conversió energètica

Hi ha molts sistemes de conversió energètica que són utilitzats en la valorització dels resi-dus. L’objectiu de tots consisteix en trencar les llargues cadenes polimèriques que, en elcas dels combustibles residuals, acostumen a coincidir amb les matèries contaminants afi d’eliminar la toxicitat i recuperar la calor continguda. Des del punt de vista de les ope-racions fonamentals de la física, aquests processos es poden reduir de manera esquemà-tica a quatre, segons quin sigui l’agent responsable del trencament de l’enllaç:

- En la més coneguda, l’oxidació a alta temperatura, la calor generada per la reacciótrenca les llargues cadenes moleculars i excita els àtoms fins que es combinen ambl’oxigen. Hi ha reaccions a mitjana i baixa temperatura, parcials (com ara la gasifica-ció), catalítiques, etc.

- La piròlisi podria considerar-se un cas particular de l’anterior, atès que el mecanis-me responsable del trencament dels enllaços és la calor, però no hi ha presència d’o-xigen i això fa que sigui necessària l’aportació de calor exterior per desenvolupar elprocés.

- En la hidròlisi, l’agent responsable és l’aigua. Amb ajuda de la calor, el pH o l’ener-gia cinètica té lloc una recombinació de substàncies.

- En la radiòlisi, com a la fotòlisi, l’energia procedent de la radiació és la responsabledel trencament dels enllaços.

En aquest article només s’esmentarà la gasificació, si bé per emmarcar la problemàticaes durà a terme una petita reflexió sobre els altres sistemes. Així, la figura 2 reprodueix demanera esquemàtica els diversos processos de conversió energètica. La degradació dela matèria orgànica és més o menys ràpida segons els paràmetres que hi intervenen. Aixòés el que es pretén esquematitzar en l’esmentada figura:




Sistemes de conversióenergètics

Sistemes termoquímics

CombustióCO2, H2O, etc. Gasificació

CH4, CO2, CO,C2H4, H2, H2O,

etc.Piròlisi

CH4, CO2,CO, C2H4,H2, H2O,

etc.

Etapa d’oxidació

O2 en excés MicroorganismesO2 en excés

O2 enexcés/defecte

O2 en excés

CO2, H2O

O2 en defecte

Calor

FermentacionsanaeròbiquesCH4, CO2, H2O,

etc.

AbocadorCO2, CH4, H2S,

etc.

CompostatgeCO2, H2O, etc.

Sistemes bioquímics

Figura 2. Conversions energètiques de la biomassa

MicroorganismesCalor

- Fermentacions aeròbiques i anaeròbiques, que són les que tenen lloc als aboca-dors. És obvi que una part de la matèria orgànica, com ara els papers, és poc degra-dable i pot trigar anys en transformar-se. D’altres, com ara els plàstics, encara podentrigar més. Això fa que l’opció d’abocament sigui la menys favorable pel que fa a lataxa de conversió energètica. Des de l’òptica ambiental, al marge de la contamina-ció generada pels lixiviats i l’efecte d’hivernacle produït pel biogàs, és molt importantja que el metà generat (50% en volum d’aquest tipus de gas) s’emet directament al’atmosfera. Tenint en compte que la molècula de CH4 té una capacitat d’absorció del’infraroig 21 vegades superior al CO2, la incidència sobre l’efecte d’hivernacle és moltimportant. Aquesta és una de les causes que en sigui obligat el tractament (oxida-ció) als mateixos abocadors. En aquest grup també s’inclouria la fabricació del com-post.

- Fermentacions anaeròbiques. L’objectiu és la generació de biogàs de manera con-trolada. Aquest biogàs és molt més ric que el procedent de l’abocador i pot arribara tenir fins a un 70% de CH4. A diferència del cas anterior, el biogàs quan és oxidates redueix a CO2 i H2O. Des del punt de vista de la taxa de retorn de l’energia, aquestsprocessos són lents.

- Piròlisi. L’agent que desencadena la reacció és la temperatura. El gas obtingut ésmolt ric en termes de PCI. No obstant això, és un procés endotèrmic i es gasta unapart de l’energia en el procés. D’altra banda, genera una quantitat de coc que faràque calgui recórrer a la incineració o coincineració per a la seva eliminació.

- Gasificació. És una combustió parcial de la matèria en defecte d’oxigen que origi-na un gas combustible, gas de síntesi, de baix poder calorífic.

- Incineració o combustió en excés d’oxigen. És el mètode més ràpid de conversióenergètica i els productes finals són solament CO2 i H2O.



Figura 3. Compostos aromàtics creats en l’oxidació

Per

cent

atg

e re

lati

u al

ben

zo(a

)ant

racè

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0Piròlisi Combustió

Benzo(a)antracè

Crisè

Benzo(a)pirè

Benzo(a)fluorantè

Benzo(k)fluorentè

Indeno (1, 2, 3-CD) pirè

Si l’objectiu és recuperar l’energia química continguda en el residu orgànic, aquest allibe-rament ha de fer-se a una velocitat determinada perquè tingui aplicació industrial. Seguintamb l’exemple proposat per a la biomassa, una unitat de fang dipositada en un aboca-dor es transformarà en biogàs en el decurs dels anys, i no al 100%, mentre que en la inci-neració, el procés serà instantani.

Cal deixar ben clar que l’objectiu final de les conversions energètiques és reduir la matèria orgà-nica a CO2 i H2O.

Els sistemes termoquímics ho fan a alta temperatura, directament en el cas de la incine-ració, o en dues etapes, tal seria el cas de la gasificació i la piròlisi. És a dir, un cop obtin-gut el gas de síntesi, cal oxidar-lo.

La figura 3 mostra la presència de compostos nous generats per la combustió i per la pirò-lisi de fangs d’EDAR.

És evident que el fang no contenia cap dels hidrocarburs aromàtics abans de la seva entra-da en el procés tèrmic. No obstant això, tant la piròlisi com la incineració (i el mateix pas-saria amb la gasificació) han generat uns compostos perillosos que caldrà degradar i oxi-dar a la cambra de postcombustió.



Combustible sec, escalfati destil·lat

CO+H2OC+CO2

Absorció de calorDestil·lació secundàriai zona de reducció

Sortida de gasos

Zona de reducció primària

Zona d’oxidació

Aire Cendres

Absorció de calor

Producció de calor

CO2+H2

2 CO

CO+H2OC+CO2

CO2+H2

2 CO

C+O2 CO2

Figura 4. Etapes de la gasificació

Alimentació

Finalment, cal esmentar la presència de coure, element molt comú en els fangs d’EDAR,que juntament amb una temperatura relativament baixa dels gasos a la sortida de la cal-dera pot donar lloc a la formació d’organoclorats. Per tot això, és obligada la injecció decarbó actiu per a l’adsorció d’aquests elements i dels hidrocarburs aromàtics que haginquedat sense destruir.

2.1. Gasificació

La gasificació és un procés tèrmic que mitjançant oxidació parcial a alta temperatura con-verteix una matèria combustible o residual en un gas de moderat poder calorífic.

Les combustions, ja siguin en defecte o en excés d’aire, són reaccions en estat gasós.D’aquesta manera, la gasificació té com a finalitat convertir les substàncies combustiblessòlides en gasoses.

Els gasos resultants són fàcilment transformables en energia pels sistemes convencionals.La depuració i la neteja dels gasos són imprescindibles per al seu ús posterior.

En el cas d’utilització de fangs d’EDAR, el tractament de gasos després de la valoritzacióenergètica és imprescindible.

Les etapes principals del procés de gasificació, com indica la figura 3, són:

- Assecatge: evaporació de la humitat continguda al fang.- Craqueig: degradació tèrmica en absència d’oxigen.- Gasificació: oxidació parcial dels productes de la piròlisi.

El gas obtingut, anomenat gas de síntesi, té un PCI moderat, sobretot si l’agent gasificantha estat l’aire. No obstant això, es pot oxidar perfectament en una cambra d’oxidació ivaloritzar-lo en una caldera de vapor, o bé refredar-lo i un cop depurat valoritzar-lo en unmotor de combustió interna.


2.2. Piròlisi

La piròlisi és un tractament tèrmic en absència d’aire d’un compost orgànic per conver-tir-lo en altres materials més fàcils de tractar. Així doncs, igual que la gasificació, no es trac-ta d’un tractament final, sinó d’una etapa intermèdia. Un cas ben significatiu és la piròliside pneumàtics fora d’ús. El residu sòlid es transforma segons el grau de temperatura enuna fracció gasosa, una altra de líquida (en fase vapor a aquesta temperatura) i una altrade sòlida (coc).

La fracció gasosa resultant del procés està constituïda per hidrogen, monòxid de carbo-ni, età i etilè, encara que la seva composició quantitativa varia de manera molt importantsegons la temperatura d’operació. A més, el percentatge de metà és molt dependent delcontingut d’humitat de la biomassa de partida. El poder calorífic del gas de piròlisi, moltsuperior al del gas de síntesi procedent de la gasificació, oscil·la entre 3,8 i 15,9 MJ/m3.Aquests valors poden incrementar-se fins a 16,7-20,9 MJ/m3 mitjançant una variant deprocés anomenada piròlisi flash, que consisteix en augmentar sobtadament la tempera-tura de la biomassa (uns 1.000 °C en un segon) de manera que es produeixi una piròlisitotal, la qual cosa redueix de manera dràstica la formació de quitrans i millora el rendi-ment del gas.

Per regla general, i de manera semblant al que passava amb la gasificació, els fangs d’E-DAR es descomponen tèrmicament en tres fraccions que, alhora, corresponen als grupssegüents:

- La primera fracció correspon a la part biodegradable (que també inclou els com-postos volàtils).

- La segona fracció, majoritària, correspon a macromolècules orgàniques (cel·lulosa,polisacàrids, greixos i proteïnes) presents al fang original o procedents dels microor-ganismes responsables de la digestió aeròbica i anaeròbica.

- Finalment, la tercera fracció respon a material no biodegradable o difícilment bio-degradable.

Per acabar aquesta petita síntesi, cal indicar que la piròlisi és sensible a la presència desals inorgàniques, sempre presents als fangs. És per això que la gasificació sembla la viamés encertada.

2.3. Incineració

La combustió es defineix com una oxidació ràpida de la matèria combustible amb des-preniment de calor. D’aquesta manera, cal, en primera instància, que el residu que s’had’oxidar tingui, almenys, un dels tres únics elements susceptibles de combinar-se amb ellamb alliberament de calor: carboni, hidrogen i sofre.

Els combustibles sòlids i líquids han de passar per una fase prèvia de gasificació perquèse’n desprenguin els volàtils. Les reaccions de combustió gairebé sempre tenen lloc enfase gasosa (reaccions homogènies). Hi ha reaccions heterogènies (sòlid-gas) que tenen




Figura 5. Tractament de fangs d’EDAR a Espanya l’any 2000

Reciclatge

Incineració

Abocador

No especificat

0 100 200 300 400 500t ms/anyx10E3

una cinètica molt més complicada i, des del punt de vista ambiental, són molt més con-flictives.

Un altre factor indispensable és la mescla íntima i adequada del combustible (els volàtils)i el comburent, que acostuma a ser aire. A continuació, quan la mescla és la correcta, s’hade produir la ignició. A partir d’aquest moment, la calor generada permet mantenir un graude temperatura que assegura la continuïtat de la reacció.

Les reaccions de combustió poden dur-se a terme amb l’aire just, reacció estequiomètri-ca, amb excés d’aire, en aquest cas en els gasos producte de la combustió hi ha oxigen(cas típic de la incineració), o amb defecte d’aire, en aquest cas es detecta una gran quan-titat d’incremats en els gasos de combustió (tal com passa amb la gasificació).

Aquesta tecnologia és, amb diferència, la més usada en la conversió energètica de resi-dus, incloent-hi els fangs d’EDAR.

3. Naturalesa dels fangs d’EDAR

En el cas de les aigües residuals urbanes, les EDAR es dissenyen per a una ràtio de90 g MS/hab·d, és a dir, 90 grams de matèria seca en suspensió per habitant i dia. Aques-ta xifra equival a 0,36 kg/hab·d en forma de fang al 75% d’humitat. Si, a més, es té encompte que les aigües industrials, una vegada pretractades, també van a parar a l’EDAR,i l’addició d’estabilitzants, la quantitat total de fangs s’apropa als 0,9 kg/hab·dia, d’aquí laimportància del problema.

Des del punt de vista ambiental, cal afegir

el problema de la presència de contaminants perillosos, tant de naturalesa orgànica com inorgà-nica, la qual cosa suposa que els fangs generats a les grans àrees metropolitanes envolta-des d’indústries no tinguin cap altra via de tractament que la valorització energètica.

La figura 5 mostra, en milers de tones/any, la gestió de fangs a Espanya segons dadesprocedents de l’Agència Europea del Medi Ambient.

De la figura anterior es dedueix que la part més important va a reciclar. Sota aquesta deno-minació s’integra l’abocament directe al sòl (sistema majoritari) i la fabricació de compost,mentre que la incineració, que quan es recupera energia ha de considerar-se com una opció



Figura 6. Incineració de fangs en diversos països de la UE

Espanya

Països Baixos

Alemanya

Dinamarca

Àustria

Regne Unit

0 10 20 30 40 50

de valorització, es classifica a part i ocupa l’última posició, fins i tot per darrere dels ves-saments incontrolats.

Pel que fa als sistemes de posttractament, segons dades de la Comissió Europea, el 2003la quantitat de fangs d’EDAR incinerats en diversos països de la UE va ser la representa-da a la figura 6.

En el cas de Catalunya no hi ha, de moment, cap planta de gasificació ni d’incineració.

3.1. Naturalesa dels fangs d’EDAR destinats a posttractament

A la sortida de les plantes d’assecatge tèrmic es duu a terme una anàlisi dels paràmetresagronòmics per valorar la possibilitat de la seva valorització agrícola. La taula 2 indica lesanàlisis d’interès per a aplicacions agrícoles d’alguns dels fangs procedents de les plan-tes d’assecatge tèrmic que hi ha a Catalunya.

Taula 2. Caracterització d’alguns fangs procedents d’assecatge tèrmic

Procedència % MO % N total % P2O5 % K2O

Pla de l’Estany 68,8 6,8 7,9 0,9

Barcelonès 62,0 2,4 5,1 0,2

Vallès Oriental 48,8 3,3 6,4 0,2

Vallès Occidental 56,0 4,0 5,5 0,3

Vallès Occidental 53,2 4,0 5,3 0,4

Cal ressaltar que, per la seva quantitat de matèria orgànica (MO) i altres nutrients (fertilit-zants), aquests fangs serien aptes per a aplicació agrícola. No obstant això, les quantitatsde contaminants no inclosos a la taula invaliden aquest tipus d’aplicació. El fang que surtde les plantes d’assecatge tèrmic acostuma a contenir entre un 8-15% d’humitat. L’es-tructura de la matèria orgànica en condiciona l’assecatge, mentre que la naturalesa de lafracció inorgànica en condiciona les possibilitats i els sistemes de valorització.

Pel que fa a l’assecatge, els materials de naturalesa inorgànica són més fàcils d’assecar


atès que la xarxa capil·lar és molt primitiva i l’aigua pot fluir fàcilment cap a la superfície(per aquest motiu la quantitat d’aigua continguda no acostuma a ser gaire gran). En elsmaterials de naturalesa orgànica, i en particular higroscòpica, com són els fangs d’EDAR,la xarxa capil·lar és molt extensa i l’aigua és molt difícil d’extreure, ja que està retingudaper forces d’adsorció i/o osmòtiques, per això aquests materials acostumen a retenir mol-ta més aigua que els inorgànics.

Des del punt de vista de la conversió energètica, la caracterització dels fangs s’expressaen termes de: microorganismes, lignocel·lulòsics, greixos, etc. Els microorganismes són unabarreja de proteïnes, carbohidrats i lípids que, òbviament, també inclouen una gran quan-titat de patògens, si bé els fangs procedents d’assecatge tèrmic estan ben estabilitzats. Hiha infinitat de fangs d’EDAR i una gran varietat de sistemes de tractament, la qual cosaes tradueix en el fet que la caracterització del fang és molt variable, com es posa de mani-fest a la taula 3.

Taula 3. PCI d’alguns fangs d’EDAR

Tipus fang Matèria volàtil C fix Cendra Kcal/kg

Digerit P+S 50,5 11,7 37,6 3.461

Digerit P+S 57,5 11,9 30,4 4.009

Digerit P+S 47,3 10,7 41,9 3.292

Digerit P+S 59,6 12,8 27,4 4.294

Sense digerir P+S 61,6 9,3 28,7 3.966

Sense digerir P+S 44,8 7,6 47,5 2.717

Sense digerir P+S 69,7 8,3 22,1 5.500

Sense digerir P+S 70,7 17,5 11,7 4.656

La taula 3 manifesta clarament que hi ha una part inorgànica (anomenada cendra) quanacaba el tractament tèrmic i una altra d’orgànica.

3.1.1. L’estabilització dels fangs d’EDAR

L’estabilització és un procés obligatori en els fangs d’EDAR, d’acord amb la Directiva91/271/CEE, que té com a finalitat reduir la perillositat d’alguns gèrmens patògens i dis-minuir la facilitat de fermentació de la matèria orgànica present.

Des del punt de vista dels posttractaments, el principal impacte durant els processos de mani-pulació és l’olor (a causa dels COV). Alguns processos d’estabilització redueixen o eliminenles olors. Els més usuals són:

- Processos biològics, com ara la digestió anaeròbica. Redueixen el contingut de volà-tils i, per això, eliminen olors.

- Processos químics. En principi consisteix en crear un medi inhòspit per als micro-organismes sobre la base d’obtenir un pH molt alcalí (superior a 11). El reactiu mésempleat és la calç, ja sigui viva o apagada. A la pràctica no eliminen les olors.

- Processos tèrmics: la pasteurització i l’assecatge tèrmic. Aquest últim és el més usat.




Redueix bastant l’olor, bàsicament perquè com que elimina l’aigua i manté els fangsa més de 70 °C, mata la major part dels gèrmens.

3.1.2. Anàlisis químiques de fangs d’EDAR

Hi ha infinitat d’anàlisis químiques de fangs. La taula 4 en descriu una de típica d’un fangde zona urbana-industrial, molt freqüent a Catalunya.

Taula 4. Composició mitjana d’un fang d’EDAR

Caracterització de la fracció inorgànica

Percentatge de base humida

NaO2 0,51

K2O 0,13

CaO 5,90

MgO 0,60

Al2O3 0,94

Cr2O3 0,58

Fe2O3 5,70

SiO2 4,00

P2O5 2,40

Òxids diversos 1,40

PARCIAL 22,16

Caracterització de la fracció orgànica

Percentatge de base humida

C 27,20

H 5,60

S 2,30

CI 0,30

N 4,50

O 12,00

PARCIAL 51,90

La taula 5 mostra les anàlisis elementals de diversos fangs d’EDAR.

Taula 5. Composició mitjana de diversos fangs d’EDAR

%C %H %O %N %S % cendres

29,6 4,7 13,0 1,4 1,0 41,8

30,6 4,9 7,23 3,0 1,0 35,6

33,6 5,1 14,3 5,4 0,3 30,2

35,3 5,5 10,5 6,2 0,2 32,0

33,6 5,2 12,2 4,2 3,0 33,7


Altres elements molt freqüents en els fangs són Si, Al, Fe, P, Ca i K, tots ells en forma d’ò-xids i algun en forma de sal.

3.1.3. Anàlisis mineralògiques de fangs d’EDAR

L’anàlisi de difracció de raigs X identifica, com mostra la figura 7, els diversos minerals pre-sents a la mostra, en aquest cas es tracta d’un fang d’EDAR física-química.

El difractograma de la figura 7 denota la presència de quars (SiO2), de sulfat sòdic i de cal-cita. El difractograma permet veure, mitjançant l’altura i la distribució dels pics, els tipus deminerals que hi ha a la mostra. Els pics ben definits i a distàncies regulars del goniòmetreindiquen que les espècies presents (sobretot quars i calcita) estan ben cristal·litzades. Lalínia base corba (no plana) és bastant horitzontal, la qual cosa denota que a la mostra nohi ha gaire fase inorgànica amorfa.

4. Gasificació de fangs d’EDAR

En els materials de naturalesa orgànica i higroscòpica, com ara els fangs d’EDAR, la xar-xa capil·lar és molt extensa i l’aigua és difícil d’extreure, ja que està retinguda per forcesd’adsorció importants, la qual cosa obliga a portar a terme el procés a certa temperatu-ra, fet que equival a parlar de consum energètic elevat.

Quan surt de les plantes d’assecatge tèrmic, el fang conté entre el 8-15% de la humitat.

L’estructura de la matèria orgànica condiciona l’assecatge, mentre que la naturalesa dela fracció inorgànica condiciona les possibilitats i els sistemes de valorització.

La ja esmentada Directiva 1999/31/CE dóna importància als diversos pretractamentsabans del vessament, en el cas dels fangs:

- En bona lògica, no s’hauria d’anomenar valorització energètica a l’assecatge tèr-


Figura 7. Mineralogia de fangs d’EDAR físic/químics

Qua

rs

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

Qua

rsS

ulfa

t sò

dic

Cal

cita

Cal

cita


mic, ja que el procés d’evaporació es realitza amb un combustible fòssil i, fins avui,el material resultant es diposita a l’abocador. A la UE l’assecatge tèrmic no se’l deno-mina valorització energètica, sinó pretractament.

- En altres latituds exigeixen un tractament previ d’immobilització.

L’assecatge tèrmic és un procés car i a Espanya, per mitigar-ne el cost, s’ha recorregut ala cogeneració, que es defineix com la producció simultània d’electricitat i calor. De fet, elque realment produeixen aquests equips, ja siguin motors o turbines de gas, és una ener-gia mecànica que, per mitjà d’un alternador, es converteix en electricitat i, simultàniament,genera una energia tèrmica sobrant en forma de flux de gasos calents que, generalment,s’utilitza per a l’assecatge dels fangs.

Els sistemes anomenats de cogeneració «en cap» són el motor alternatiu i la turbina degas. La variant de motor és la més utilitzada per a l’assecatge de fangs, si bé no es comen-tarà en aquest article. No obstant això, val la pena comentar que:

- Si el preu del gas natural és econòmic i el de venda de l’electricitat és car, la coge-neració serà un negoci en si mateixa.

- Si el que es persegueix és vendre electricitat, es podria arribar a l’absurda idea queés més rendible el sistema d’assecatge més ineficaç, ja que es prioritzaria un motormolt eficient que tindria les mínimes pèrdues energètiques en forma de gasos calents,que és precisament la calor necessària per a l’assecatge.

Actualment succeeix que, mentre que el preu de venda de l’electricitat s’estabilitza, el costdel gas natural segueix una tendència a l’alça. Així, mentre el diferencial del cost d’adqui-sició del gas natural i de venda de l’electricitat sigui important, les plantes de cogenera-ció seran econòmicament viables.

En el cas d’una incineració, primer es produeix el gas calent (calor generada en la com-


Figura 8. Esquema de principi d’un assecatge tèrmic de fang d’EDAR

Fangs propisde l’EDAR

Mescladorde fangs

Assecador

Aire calentOli tèrmic

Caldera Gasosd’escapament

Fang sec

Aire saturat

CiclóCondensador

Aigua

Aiguaa l’EDAR

Gas natural

Fangs externs


bustió i extreta en forma de gasos), després vapor d’aigua i, finalment, electricitat. Per aixòaquest sistema se’l denomina de cogeneració «en cua». El cicle aplicat a l’assecatge defangs hauria de ser: incineració del fang i, amb la calor generada, procedir a l’assecatgedel mateix fang.

Es recalquen aquests comentaris ja que serveixen de marc per justificar els sistemes deconversió energètica, en particular la gasificació. La figura 8 mostra el principi de funcio-nament d’un assecatge tèrmic de fangs d’EDAR. La calor l’aporta la combustió de gasnatural en una caldera convencional (a efectes pràctics, el cas seria idèntic si la calor pro-cedís d’una cogeneració amb motor).

4.1. Assecatge i gasificació

L’assecatge a partir de la gasificació es diferencia de l’anterior en el fet que l’energia no laprodueix un combustible fòssil (ja sigui directament, com en el cas de la figura 8, o indirec-tament, amb cogeneració), sinó que s’extreu del mateix fang per mitjà de la gasificació.

Aquest procés és una valorització energètica, ja que s’aprofita el caràcter combustible delresidu (fang). És a dir, s’ha d’anomenar valorització energètica quan s’allibera la calor delcombustible, ja sigui en la incineració, en la gasificació, a la cimentera, en una central ter-moelèctrica o similar.

El procés de gasificació converteix, mitjançant oxidació parcial a temperatura elevada, unamatèria primera orgànica generalment sòlida en un gas de poder calorífic moderat (gasde síntesi).

S’acostuma a treballar amb un 25-30% de l’oxigen necessari per produir l’oxidació completa.

Aquesta característica diferencia la gasificació dels altres processos termoquímics, comara la combustió, que consisteix en una oxidació completa amb excés d’aire, o la piròlisi,coneguda com a descomposició tèrmica en absència d’oxigen.

El gas de síntesi es pot transformar i utilitzar posteriorment d’una manera més flexible: coma matèria primera de processos químics o com a combustible en calderes, motors, turbi-nes o piles de combustible. Les combustions, ja sigui amb excés o defecte d’aire, són reac-cions en estat gasós, la qual cosa demostra la importància de la gasificació com a etapaprèvia de tractament. Generalment, la depuració i neteja de gasos és necessària per al seuús posterior.

Per als fangs d’EDAR, la majoria de reactors de gasificació en servei són de llit fluïditzat.En aquest cas s’han de considerar els aspectes següents:

- Humitat del fang. La major part dels sistemes de tractament opten per l’ús de fangsamb una humitat del 50%.

- Matèria inorgànica. Bona part d’aquesta fracció té un punt de fusió proper a 1.000 °C,la qual cosa obliga a mantenir la temperatura del reactor dins d’uns límits.

La gasificació és una tècnica energèticament eficaç que redueix el volum de residus sòlids




Figura 9. Esquema de principi d’un assecatge tèrmic de fangs amb gasificació

i en recupera l’energia, per això es converteix en una alternativa molt adequada a mitjà illarg termini per a l’obtenció d’energia en el marc del desenvolupament sostenible.

Comparada amb els sistemes de combustió, la gasificació és una tecnologia de major efi-ciència i menor impacte ambiental. És evident que el sistema no necessita combustiblefòssil i que la quantitat de material que es portaria a l’abocador és molt inferior que la delcas anterior, ja que tota la humitat residual i la matèria orgànica són evacuades amb elsgasos. A més, com que el fang ha d’entrar al gasificador amb una certa humitat, lainstal·lació d’assecatge serà d’una mida menor.

4.2. Possibilitats del gas resultant de la gasificació

El producte de la gasificació és un gas de poder calorífic moderat (gas de síntesi o syn-gas) format per gasos combustibles (H2, CO, CH4, C2H6, etc.) i, naturalment, també gasostípics de combustió.

El gas de síntesi es pot valoritzar de diverses maneres:

- Directament en una caldera, per la qual cosa ha de passar prèviament per una cam-bra d’oxidació i postcombustió. Sembla que aquesta és la tendència més estesa. Encas de generar electricitat, en cicle de Rankine, els passos han de ser els mateixos.

- En un motor de cogeneració o en una turbina de gas. En el primer cas, els gasoshan de refredar-se fins a 45 °C. Això comporta molts problemes tècnics i el rendimentfinal aconseguit no dista gaire del cicle de Rankine amb caldera i turbina de vapor.

GasificadorCambra

d’oxidació i depostcombustió

Caldera derecuperació

Depuracióde gasos

Inorgànics ipols de filtres

Vitrificació

Additius

Assecador

Aire

Aigua a l’EDAR

CondensadorAigua

Cicló

Fang semi/sec

50% sequedat

Fang propiFang extern



Figura 10. Possibilitats d’ús del gas de síntesi i el seu tractament

En el cas de la turbina de gas, el problema és ben diferent. El gas de síntesi es com-bustiona (oxida) a la turbina a la temperatura de sortida del reactor, sense necessitatde refredar-lo. Aquest sistema sembla el futur per a les valoritzacions efectives del gasde síntesi. En aquests moments s’està treballant per desenvolupar turbines capacesde mantenir les prestacions mecàniques tenint en compte que el gas s’introdueix ala turbina sense depuració prèvia.

- Gas combustible a procés. És una bona opció quan hi ha forns de procés capaçosd’utilitzar aquest gas a la temperatura que abandona el reactor, al voltant de la plan-ta gasificadora.

L’expressió condicionament de gasos es veu a la figura 10 i admet diferents interpre-tacions segons l’aplicació final del gas. Des del punt de vista del rentat de gasos, enla gasificació s’han de distingir les aplicacions següents:

- Si el sistema emprat és l’oxidació del gas de síntesi en una caldera de recuperaciói la valorització de l’energia es destina al preassecatge dels fangs, es necessita un trac-tament dels gasos després de la caldera i abans de la seva emissió.

- Si la finalitat del gas de síntesi és la seva valorització en una màquina tèrmica (o enuna pila de combustible), el gas ha de sotmetre’s primer a una fase de rentat molt crí-tica, però després no caldrà cap més tractament.

Caldera +turbina

de vapor

Condicionamentde gasoso

Motoralternatiu

Caldera

Gasificador

Fags

Pila decombustibleCompressor

d’aire

GasArena

Cremador posada en marxa

Turbina degas + turbina

de vapor


5. Idoneïtat dels diversos models

En el cas de la valorització energètica de fangs d’EDAR, la quantitat d’aigua present ésun factor que determina l’ús dels diversos sistemes de conversió energètica, en relacióamb el que s’ha esquematitzat a la figura 2:

- Sistemes termoquímics (incineració, gasificació). Són adequats per tractar fangsamb una sequedat superior al 50%, ja que un percentatge de sequedat inferiorimplica que el procés difícilment serà autotèrmic. La major part de sistemes accep-ten un cert grau d’humitat: la incineració perquè no escalfa gaire les graelles i lagasificació perquè evita un augment brusc de la temperatura en el llit. En el casde la incineració en llit fluïditzat, s’admeten sequedats inferiors (fang deshidratat),ja que s’ha d’assegurar que la major temperatura puntual produïda no fongui l’à-rid del llit.

- Sistemes bioquímics (digestions anaeròbiques). Aconsellables per a fangs amb unpercentatge de sequedat inferior al 50%, ja que l’aigua és necessària per desenvo-lupar aquest tipus de reaccions.

Són diverses les conseqüències que es poden extreure dels comentaris anteriors:

- Per aplicar sistemes termoquímics (sobretot la gasificació), els fangs deshidratatshan de sotmetre’s a una fase de preassecatge, encara que no cal assolir el 60% desequedat.

- Els sistemes termoquímics necessiten una energia prèvia per a l’assecatge, però laretornen de manera ràpida i barata.

- Per aplicar sistemes bioquímics, cal que la humitat dels fangs sigui elevada.

- La digestió anaeròbica necessita poca energia per escalfar el reactor, però tambéen retorna poca. En aquest cas, la inversió per kW generat és molt elevada.

El sistema de conversió energètica ha d’adaptar-se a la tipologia del residu que s’ha detractar, i destaca la importància de la fracció inorgànica resultant dels processos tèrmics.A vegades el residu és compatible amb la mateixa indústria, com és el cas dels fangs pro-cedents de la indústria paperera; si són perillosos poden vitrificar-se i ser transformats enun producte inert o dipositar-los en un abocador adequat.

Els residus inerts poden emprar-se com a rebliment de talussos.

5.1. Diferències entre la gasificació i la incineració

Per establir els principis que diferencien un procés i l’altre, i en clara referència als fangsde depuradora, és adequat comentar el comportament de la cel·lulosa, un compost sem-pre present als fangs d’EDAR i de fórmula química teòrica C6H10O5. Quan la cel·lulosa sesotmet a un procés d’incineració, el resultat és el següent:

C6H10O5 + 6 O2 6CO2 + 5H2O

En el procés d’incineració, la matèria passa per etapes intermèdies de volatilització i gasi-



ficació abans de combinar-se amb l’oxigen. D’altra banda, l’augment brusc de la tempe-ratura provoca diferents efectes secundaris indesitjats:

- Formació d’òxids de nitrogen (NOx) d’origen tèrmic, independentment de la quan-titat de nitrogen present en el combustible.

- Fusió parcial, o total, de la fracció inorgànica present, especialment si hi ha espè-cies alcalines i alcalinotèrries.

La gasificació funciona de manera totalment diferent. Tornant a l’exemple inicial de la cel·lulo-sa, la reacció de gasificació respondria a l’equació següent:

C6H10O5 + O2 5CO + CO2 + 5H2

Quan s’afegeix una quantitat d’oxigen inferior a l’estequiomètric s’obtenen gasos combus-tibles (CO, H2 i hidrocarburs) com a productes de la reacció.

En resum, les diferències entre gasificació i incineració podrien concretar-se en els termessegüents:

- La incineració és un procés de conversió energètica en una única etapa, en la qualtota l’energia química es transfereix als gasos de combustió, la qual cosa provoca con-seqüències tèrmiques i ambientals significatives, ja que es generen productes incre-mats no oxidats.

- El procés de gasificació es dóna en tres etapes: oxidació primària, producció delgas de síntesi i oxidació del gas de síntesi.

6. Gasificació i assecatge de fangs. Noció de sostenibilitat energètica

Des del punt de vista estrictament energètic, es podria dir que una pràctica amb implica-cions energètiques és sostenible quan es consumeix una quantitat d’energia moderadaque, sobretot, no posa en risc l’energia per a futures generacions. És a dir, el procés tèr-mic d’un residu es pot dur a terme amb l’energia continguda en el mateix residu. El trac-tament tèrmic de fangs procedents de depuradores d’aigües residuals en pot ser un bonexemple.


Figura 11. Model de sostenibilitat energètica per a fangs d’EDAR

Gasificador

Cambra depostcombustió

Caldera

Assecador

Depuració degasos

Cendres

Fang humitFang parcialment sec


Fins ara, per al tractament de fangs, la solució més ràpida ha estat assecar els fangsfins a un 90% a partir de la sortida de la planta de deshidratació. Això ha permès reduirsignificativament el volum de fangs transportats fins a l’abocador, encara que aques-ta opció és cara i la cogeneració utilitzada com a suport econòmic de la gestió inte-gral ha resultat poc eficient. Per aquesta raó cal buscar nous sistemes de valoritzaciódels fangs assecats tèrmicament que discorrin per vies paral·leles a les directriusambientals.

La valorització energètica de fangs de depuradora pot subministrar l’energia necessària pera l’assecatge.

La figura 11 mostra l’esquema de la gasificació de fangs d’EDAR, on s’observa com s’u-tilitza la calor generada en el procés per assecar el fang humit.

La gasificació és una tecnologia que permet que l’energia continguda en el fang es con-verteixi en energia química continguda en un gas (gas de síntesi) que pugui ser utilitzadade manera flexible. Si l’objectiu és eliminar els fangs, en el procés s’han d’aplicar les eta-pes següents:

- Generar el gas de síntesi a partir del mateix fang, parcialment assecat. El gas s’o-xida i ha de seguir les etapes de tractament prescrites en el RD 653/2003, relatiu ala cambra de postcombustió. A la sortida d’aquesta cambra, el gas només contindràCO2, H2O, gasos àcids, metalls i partícules en suspensió.

- Valoritzar la calor sensible del gas en una caldera, produint vapor o oli tèrmic per al’assecatge parcial dels mateixos fangs. Així es tanca el cicle energètic i no s’utilitzaenergia externa per assecar els fangs d’EDAR.

L’únic residu generat és la pols, que prové del filtre de mànegues, darrera etapa del ren-tat de gasos. Aquesta quantitat, en el cas dels fangs d’EDAR, és molt elevada, ja queaquests contenen una gran quantitat de material inorgànic. Independentment de la natu-ralesa del residu, la vitrificació permet transformar residus perillosos en materials de cons-trucció, complint amb el principi del residu zero.

6.1. Repercussions secundàries. Les emissions de CO2

El model preconitzat de posttractament de fangs (gasificació amb assecatge i abocament)comporta una altra repercussió positiva en relació amb l’actual model i està relacionadaamb el consum de combustible fòssil i l’emissió de gasos d’efecte d’hivernacle.

Les emissions de diòxid de carboni a Espanya entre 1990 i 2004 han augmentat un51,3%, i han passat de 228,4 milions de tones el 1990 (any base) a 345,7 milions de tonesel 2004. La valorització energètica dels fangs d’EDAR genera un CO2 neutre i, per tant,no contribueix a l’efecte d’hivernacle.



7. Conclusions

L’administració, última responsable de la correcta gestió dels fangs d’EDAR, hauria d’im-pulsar noves vies de gestió de fangs que, a més de ser respectuoses amb el medi ambient,no suposessin una càrrega econòmica important. La solució aportada per aquest articleva en aquesta línia.

7.1. Conclusions de caràcter tècnic

La generació de fangs d’EDAR a partir de depuradores urbanes, o en àrees d’influènciade polígons industrials, suposa una qualitat final de fangs que n’impedirà una gestió tra-dicional.

La disposició dels fangs en abocador es troba en vies d’extinció pel que assenyala la Direc-tiva 1999/31/CE sobre l’abocament de residus. Així doncs, només queden per aplicar alsfangs d’EDAR solucions de conversió energètica com ara les exposades i que, a més, sónles que promouen les nacions més desenvolupades de la UE.

El sistema d’assecatge tèrmic, ja sigui directe o amb cogeneració, i vessament té un futurple d’incerteses a causa de l’increment del preu del gas.

7.2. Conclusions de naturalesa ambiental

La gasificació de fangs d’EDAR ha de considerar-se un sistema energèticament sostenible jaque no necessita combustible extern per al seu funcionament.

L’ús de l’abocador es veu molt millorat respecte a l’assecatge tèrmic, ja que en la matei-xa operació s’elimina gran part de la matèria sòlida. També és possible aconseguir un modelde residu zero a còpia de vitrificar les cendres i transformar-les en un material de cons-trucció.

Finalment, com que no s’utilitza combustible fòssil, és un procés net o aliè a les limitacionsdel Protocol de Kyoto.

7.3. Conclusions de tipus econòmic

El sistema de gestió de fangs proposat, gasificació i assecatge dels fangs, seguit d’unainterització de les cendres per dipositar-les a l’abocador, és, amb diferència, l’opció mésinteressant des del punt de vista econòmic.



Bibliografia

ANTAL, M. J.; VARHEGYI, G. «Cellulose pyrolysis kinetics: The current state of knowledge».Ind. Eng. Chem. Res. 1995.

BRIDGWATER, A. V. Engineering developments in flash pyrolysis technology. Proceedings ofconference on bio-oil production and utilisation (24-26 setembre 1994). Estes Park, CO.,USA: NREL, 1995.

Demonstration projects. Assessment of incineration of industrial wastes. EUR 14136 en.Ed. Commission of the European Communities. ISBN 92-826-3855-3.

ELÍAS, X. (1994). «Materiales cerámicos para la construcción fabricados con lodos deestaciones depuradoras: Ecobricks». Libro de conferencias. Conferència anual ATEGRUS1994, Madrid, juny de 1994, p. 89-101.

— Curso sobre incineración de residuos sólidos, líquidos y hospitalarios. Ciutat de Mèxic,2002.

— Reciclaje de residuos industriales. Madrid: Díaz de Santos, 2000.

— «Secado y tratamiento de fangos de edar». Tecnología del Agua [Elsilever], juliol de 2002.

— Tratamiento y conversión energética de residuos. Madrid: Díaz de Santos, 2004.

FORESTER, William S. Waste minimization and clean technology: waste management stra-tegies for the future. Ed. Academic Press. ISBN 0-12-509175-8.

FULLANA, A. (2001). Pirólisis y combustión de neumáticos usados y lodos de depuradora.Universidad de Alicante. [Tesi doctoral].

Exporecycling’98. «Nuevas vías de valorización de fangos». II Forum Ambiental. Borsa deSubproductes de Catalunya, 1998.

MEIER, D.; PEACOCKE, G. V. C.; OASMAA, A. Properties of fast pyrolysis liquids: status of testmethods. p. 391-408, DEVELOPMENTS IN THERMOCHEMICAL BIOMASS CONVER-SION, Bridgwater, AV and Boocock, DGB (Eds.) (Blackie 1997).

PORTER, Richard. Energy savings by waste recycling. Ed. Elsevier. ISBN 0-85334-353-5.

WAGNER, Travis P. The hazarduos waste Q & A. Ed. Van Nostrand Reinhold. ISBN 0-442-01331-0.

WHITING, K. J. The market for pyrolysis & gasification of waste in Europe. Technology & Busi-ness Review. Juniper Consultancy Services, 1997.



Experiència de Basoinsa, SL en la reutilització de fangsde depuració en l’àmbit de la Comunitat Autònoma delPaís BascFrancisco Javier Murillo Morón, enginyer tècnic forestal. Departament d’Ordenació del Territori de Basoinsa, SL

Mikel Sarriegi Etxezarreta, enginyer forestal. Departament de Paisatgisme i Restauració d’Àrees Degradades de Basoinsa, SL

Al llarg d’aquest article es pretén fer una breu revisió de l’experiència de Basoinsa, SL enla reutilització de fangs a la Comunitat Autònoma del País Basc i amb major intensitat alTerritori Històric de Biscaia des de l’any 1997 fins ara.

Aquesta experiència es pot agrupar en dues parts ben diferenciades: una teòrica o d’es-tudis i una pràctica d’aplicació en projectes de restauració d’àrees degradades.

La inquietud en aquest camp ve determinada per l’associació de dos fets clars i reals:

- L’existència d’un alt volum de fangs produïts per les nombroses depuradores quehi ha al País Basc, en gran part, actualment, sense reutilització.

- El dèficit del mercat en esmenes orgàniques i terra vegetal de bona qualitat a cau-sa de l’orografia i l’alta densitat de població i ocupació dels sòls de millor capacitatagrològica.

Davant aquestes necessitats de matèria orgànica (MO), la solució habitual acostuma a pas-sar per la utilització de grans quantitats de terra vegetal i/o d’esmenes orgàniques, comara fem, compost o similars. En ambdós casos, esmenes i terra vegetal, ateses les carac-terístiques del nostre territori (escassetat de zones conreades) i la regressió del sector rama-der derivat de l’entrada a la UE, s’ha produït una menor oferta que demanda, la qual cosaestà donant lloc a un augment progressiu dels preus d’aquests materials, fins a tal puntque cada vegada és més freqüent comprovar que la partida de terra vegetal de préstecsi esmenes orgàniques configura una part important dels projectes de restauració d’àreesdegradades i integracions paisatgístiques (noves infraestructures, pedreres o zones mine-res abandonades, etc.).

Davant d’aquesta situació, sembla lògic cercar noves fonts alternatives de matèria orgà-nica abundant, que permetin millorar terres de qualitat molt baixa de zones degradadeso realitzar aportaments periòdics de manteniment sobre aquelles terres habilitades coma grans àrees verdes que estan en funcionament.

Entre les solucions de reciclatge que en els últims anys s’han posicionat com una alter-nativa més sòlida, hi ha l’aplicació als sòls de llots o fangs procedents de depuradores d’ai-gües urbanes o mixtes (urbanes i industrials), la qual cosa s’ha comprovat que introdueixmillores apreciables en la seva productivitat i estructura, i és especialment notable en elcas d’ecosistemes degradats.

Davant la creixent generació d’aquests residus, en un futur molt pròxim cal preguntar

quina alternativa poden oferir les entitats responsables per eliminar o utilitzar de maneracorrecta els llots residuals,

Món empresarial | 131


sobretot si es té en compte que el pes de l’agricultura a la nostra comunitat autònoma éspetit, tret d’excepcions del Territori Històric d’Àlaba, i en moltes zones de Guipúscoa i Bis-caia és pràcticament nul.

Les solucions plantejades a Biscaia a finals del segle passat es van dirigir cap a tres direc-cions:

1. L’abocament controlat, que és un sistema d’eliminació definitiu encara que neces-sita zones adequades. A més a més, hi ha una tendència a reduir la quantitat dematèria orgànica que s’ha d’eliminar en abocadors per possibilitar-ne el reciclatge,i minimitzar els lixiviats i les emissions de metà.

2. La incineració no és una solució plena, ja que s’ha de cercar una destinació per ales cendres resultants i hi ha la problemàtica de les emissions de gasos amb possi-bles efectes contaminants.

3. La utilització en agricultura que permet aplicar llots al sòl com a fertilitzants orgà-nics per millorar-ne la productivitat, així com per a la recuperació de sòls degradats.

Al mateix temps, la utilització d’aquest subproducte de la depuració d’aigües adquireix unadoble connotació derivada no només dels seus avantatges com a fertilitzant orgànic, sinótambé del fet de donar sortida a un producte, que actualment, al Territori Històric de Bis-caia, s’elimina totalment a través de la incineració o del seu transport a abocador, la qualcosa xoca en gran manera amb l’auge actual dels processos de reciclatge, sobretot si esté en compte que estan suficientment provats els beneficis agronòmics que produeix l’úsd’aquest tipus de subproductes.

De tot el que s’ha exposat anteriorment es dedueix que

l’aplicació de fangs com a millora de les característiques del sòl tindrà una doble connotacióde caràcter positiu, tant des del punt de vista econòmic, com des del punt de vista social.

No obstant això, la seva utilització agronòmica planteja la necessitat d’una completacaracterització dels sòls en què s’aplicarà i el coneixement de les seves limitacions i la sevaaptitud per a la seva acceptació.

1. Exemples de l’experiència en el camp de la reutilització de fangs alterritori històric de Biscaia

Dins les experiències que durant els últims anys ha tingut l’empresa Basoinsa en aquestcamp, se n’han significat dues que en concret destaquen pel seu interès teòric, en un cas,i pràctic, en l’altre.

El primer es va abordar en l’Estudio de delimitación de la capacidad al vertido con fangosde depuración en áreas gestionadas por la Diputación Foral de Biscaia.

El segon s’emmarca en la realització del Projecte de restauració, direcció d’obra i execu-ció de la restauració d’una pedrera calcària de grans dimensions, històrica en el nostre terri-tori, després del cessament de la seva activitat.

132 | Món empresarial


Addicionalment, s’han realitzat altres experiències o s’han utilitzat en altres projectes lide-rats per la nostra empresa, si bé s’han elegit aquests dos per la seva representativitat idimensió.

1.1. Estudi de delimitació de la capacitat a l’abocament amb fangs de depuració

De manera resumida, els principals objectius d’aquest estudi van ser els següents:

- Quantificar les superfícies potencialment receptores de fangs de les àrees degra-dades propietat de la Diputació Foral de Biscaia.

- Quantificar la superfície amb substrats miners inerts en la qual es pot actuar apu-jant el contingut en matèria orgànica d’aquests sòls fins, almenys, al 6%.

- Analitzar les característiques dels substrats receptors.

- Quantificar la capacitat dels sòls i l’impacte sobre aquests en abocar amb fangs dedepuració d’EDAR.

- Classificar els terrenys segons aquesta capacitat, possible aplicació, dosificacionsi tipus de riscos.

- Quantificar l’aportació de matèria orgànica equivalent necessària per a l’anterior.

- Determinar les opcions de subministrament recomanables segons la ubicació de lesEDAR.

- Que servís d’experiència pilot per a un estudi més extens i ambiciós que acollís totsels terrenys de Biscaia susceptibles de rebre fangs amb vista a la seva restauracióambiental.

Tot això en el context de la legislació vigent en l’època de realització pel que fa a l’aplica-ció de fangs provinents de depuradora en l’agricultura, plasmada en el Reial decret1310/1990.

Amb aquests objectius i segons la legislació vigent, es va realitzar una anàlisi detallada de cadas-cuna de les àrees gestionades per la Diputació Foral de Biscaia i es van discriminar d’una valo-ració prèvia aquelles amb superfícies de menys de 2,5 ha, ja que en aquestes zones les neces-sitats d’esmenes orgàniques són petites en comparació amb aquelles zones de majorsuperfície, els usos, discriminat aquelles amb un fort component urbà i d’ús molt intensiu enles quals l’aplicació d’aquest tipus d’esmenes pogués resultar francament més complexa.

A partir d’aquestes premisses van quedar seleccionades un total de deu àrees, totes degrans dimensions amb un ús habitualment extensiu i en entorns periurbans.

1.1.1. Metodologia general per a l’aplicació de fangs de depuradora

Per a l’estudi de l’anàlisi del medi, es va valorar que amb vista a l’aportació de fangs sóncinc els paràmetres bàsics de més pes a l’hora de descartar una zona d’una àrea recre-ativa com a apta per a la utilització dels llots. Aquests paràmetres són:




- Pendents- 0-20%- 20-30%- > 30%

- Distàncies a llera > 100 m- Distància a camins i zones habitades

- Nuclis habitats > 300 m- Camins > 10 m

- Vulnerabilitat d’aqüífers- Baixa-mitjana- Alta-molt alta

- Usos - Zones concretes amb alta presència de visitants de manera contínua- Zones propietat de la Diputació encara sense restaurar- Presència de pous o fonts- Radi < 100 m- Radi entre 100-300 m

Amb aquests pesos es van obtenir per mitjà de tècniques SIG els mapes de detall d’o-rientació a l’abocament amb fangs. En aquests mapes resultants de la representació car-togràfica dels condicionants que s’han enumerat, sorgeix la zonificació final de les distin-tes àrees amb vista a l’aplicació dels fangs de depuradora. Segons aquesta classificació,les zones es van dividir en tres tipus:

- Zones de lliure aplicació: en les quals els llots, sempre que compleixin la legislacióvigent, podran ser aplicats en fresc (fangs estabilitzats).

- Zones de llots compostats: seran aquelles àrees en què hi ha algun tipus de con-dicionant, però que no arriba a tenir la suficient rellevància com per fer inviable l’apli-cació dels fangs compostats.

- Zones excloses: són totes aquelles en què hi ha un o més condicionants que desa-consellen la utilització d’aquest producte com a esmena orgànica o que a causa dela combinació d’aquests condicionants s’arribi a la mateixa conclusió.

De manera global les dades superficials obtingudes per a la totalitat de les àrees estudia-des van ser:

- Superfície lliure aplicació 128,32 ha- Superfície llots compostats 331,57 ha- Superfícies excloses d’aplicació 478,90 ha

Després de quantificar les superfícies teòriques, es va dissenyar un pla de mostratge delssòls de les diferents àrees recreatives per tal de validar-hi l’aplicabilitat de fangs d’acordamb la legislació existent de referència. Al seu torn, l’analítica es va plantejar de tal mane-ra que fos possible determinar estimacions de la fertilitat dels terrenys sobre els quals esplantejava abocar, en especial després de les estimacions dels seus continguts en matè-ria orgànica.



1.1.2. Conclusions

Dels resultats de l’estudi s’estimà que en 460 ha (49%) era possible aplicar-hi fangs amb dife-rents presentacions (frescos o compostats).

Es va estimar que les necessitats de matèria orgànica d’aquests sòls eren de 141,6 t/hiha, és a dir 65.136 tones en pes sec per convertir-lo en un sòl fèrtil i amb capacitat deresistència al trepig.

Aquesta matèria orgànica podia ser obtinguda al mercat i/o dels fangs d’EDAR, però enla seva totalitat dels fangs d’EDAR, perquè hi ha 332 ha que només portarien aproxima-dament la meitat de contingut de llots perquè s’haurien d’afegir altres materials en el com-postatge.

Per tant, en el cas que els llots complissin les especificacions legals i que poguessin apli-car-se durant deu anys per tal de cobrir les necessitats d’aquests sòls en MO, es va esti-mar que es podrien consumir:

- 128 ha x 141,6 t/ha / riquesa fangs en MO (50%) = 36.250 tones de matèria secade fangs.

- 332 ha x 141,6 t/ha (proporció fangs / compost (1/2)) / riquesa compost en MO(70%) = 33.579 tones de matèria seca de fangs.

En definitiva, el màxim de fangs per consumir en el millor dels casos seria de 69.829 tones.

Quan es va realitzar una comparació de costos entre l’ús d’esmenes o terra vegetalcomercialitzada, es va poder veure en l’estudi que hi havia un ampli marge per a la valo-ració agrícola dels fangs, a la qual cosa caldria afegir el benefici social de la recuperacióde zones degradades per a usos d’oci o simplement paisatgístics.

En aquest marc, per disminuir costos de transport i d’aplicació es recomanava rebai-xar el contingut en humitat dels fangs, sobretot els fangs de baix contingut en metallspesants.

Finalment en aquest estudi es recomanava, com a eina de gestió de l’aplicació de fangsen terrenys de recreació o degradats, l’ús d’un SIG associat a una base de dades en quèes localitzessin les parcel·les d’aplicació, les analítiques, les dosificacions anuals i acumu-lades i totes les dades exigides per la llei, quant a paràmetres, pertinença, etc.

A hores d’ara l’alternativa de gestió dels fangs de depuració al Territori Històric de Biscaia con-tinua sent la incineració.

2. Aplicació de fangs de depuradora com a esmena orgànica en la restau-ració de pedreres

Com s’ha descrit en el marc de l’apartat anterior, es va dissenyar i es va coordinar l’apli-cació de fangs de depuradora en la restauració d’una pedrera de calcària de gransdimensions localitzada al Territori Històric de Biscaia, una vegada finalitzada la sevaexplotació.


En aquest projecte, ateses les grans dimensions de l’àrea que s’havia de restaurar, es plan-tejava com un problema de primer ordre l’alt cost de l’aplicació de terres vegetals, o esme-nes orgàniques per tal de dotar d’una fertilitat mínima els estèrils que s’utilitzarien com abase del substrat per a les plantacions i hidrosembres que s’havien de realitzar.

Tenint en compte l’experiència ja existent en altres zones de l’Estat, en especial a Cata-lunya a través del Departament de Medi Ambient (Recomanacions tècniques per a la res-tauració i condicionaments dels espais afectats per activitats extractives. Generalitat deCatalunya) i la Junta de Sanejament, es va proposar a l’Administració Ambiental i d’Indús-tria, a l’empresa gestora d’Aigües de Biscaia i al titular la possibilitat d’abordar l’aportaciómassiva de grans quantitats de fangs.

Una vegada obtingut el vistiplau de totes les parts es va passar a aplicar la metodologiaproposada pel Departament de Medi Ambient de la Generalitat de Catalunya al cas con-cret, i es va calcular la dosificació per al projecte en qüestió.

L’aplicació es va executar en tres modalitats i tipologies diferents:

- Sobre talús de grans dimensions amb un pendent mitjà de 45 graus: mitjançant vol-teig d’una barreja de fangs al 50% amb la terra de recobriment, prèviament recollidadurant l’explotació.

- Sobre bancs o bermes amb una base de roca nua composta pràcticament en laseva totalitat per carbonats: estesa en barreja de diverses proporcions amb estèrilsde la mateixa pedrera.

- Sobre àmplies superfícies generades després de la demolició d’instal·lacions en totala zona d’accés antic a la pedrera: estesa com a esmena orgànica de sòls deficients(fonamentalment argilosos) disponibles in situ.

Aquesta gamma d’aplicacions va permetre el seu posterior sembrat i una perfecta inte-gració de les superfícies tractades, tal com es pot observar en les diverses fotografies, fetespels autors.




Abans: fase d’aplicaciósobre talús de pedreracalcària (any 1999)

Després: aspecte de larevegetació del talús alscinc anys



Abans: aplicació sobre bancde pedrera (any 2000)

Després: resultat sobre elbanc de pedrera (any 2002)



Abans: estat inicial de lazona d’accés.

Després: resultat de laintegració de la zona d’accés


Figura 1. Diversos retalls de diaris amb notícies de fangs de depuradora

La gestió dels fangs de depuradora. Bones i malespràctiquesMontserrat Soliva i Torrentó, Oscar Huerta Pujol i Marga López Martínez. Escola Superior d’Agricultura de Barcelona. UPC-

Campus Baix Llobregat

1. Introducció

L’augment de la població i la seva concentració en determinades zones ha portat a la neces-sitat de depurar les aigües residuals generades per poder-les abocar a la llera pública opoder ser reutilitzades; en aquest sentit, s’ha fet una tasca molt important pel que fa ainstal·lació de depuradores i millora de les tecnologies, però s’ha deixat molt de banda ladestinació dels fangs generats en aquesta depuració. Aquests fangs presenten una com-posició general en la qual destaca un contingut elevat en aigua, matèria orgànica fermen-table i nitrogen, que obliguen que s’hagin de gestionar correctament per evitar problemesen el seu emmagatzematge i transport i a l’hora de cercar una destinació adequada; a lavegada, poden portar diferents tipus de contaminants (químics i biològics) (ADEME, 1985).La seva composició està molt influenciada per les característiques de les aigües tracta-des (Saña et al., 1980; Saña, 1985), pel tipus de tractament aplicat a la depuradora i percom es du a terme aquest tractament.

En els darrers anys, la gestió dels fangs ha estat problemàtica (figura 1)

perquè sempre hi ha hagut més preocupació per com surt l’aigua depurada que per laquantitat i composició dels fangs generats.

Món social | 141


142 | Món social

Figura 2.Exemples d’aplicacióincontrolada de fangs.Fotografies: J. Pijoan

Figura 2.Exemples d’aplicacióincontrolada de fangs.Fotografies: J. Pijoan

Malgrat que a Catalunya es va iniciar molt aviat el control de la composició dels fangsde depuradora urbana i que es va fer quan la seva gestió encara era molt controlable(Saña et al., 1978 i 1980; Soliva i Felipó, 1984; Romero et al., 1989; Felipó et al., 1992;Soliva et al., 1992; Mujeriego i Carbó, 1994), el ràpid increment de la instal·lació de depu-radores va generar un cert triomfalisme que va fer que no es controlessin els fangs gene-rats de la mateixa manera que es feia amb l’aigua depurada. També ha afavorit aquestasituació la relativa facilitat (econòmica i normativa) que els fangs tinguessin com a des-tinació el sòl.

L’aplicació de residus orgànics (RO) al sòl (Soliva i Felipó, 2003; Soliva, 2004), que mai noha de convertir-se en un abocament encobert (figura 2), presenta avantatges i inconve-nients que moltes vegades no s’avaluen correctament a causa dels diferents interessosdels generadors, dels gestors i dels possibles receptors o usuaris, la qual cosa afecta nega-tivament el sòl (i els seus atributs i funcions), així com els altres compartiments ambien-tals (aigua i aire) que no han de carregar amb els efectes d’una incorrecta prevenció pelque fa als abocaments i tractaments d’aigües.

Hi ha altres possibles destinacions per als fangs (abocadors i incineradores) que tenen uncost econòmic més elevat per als generadors i que també estan sotmesos a normativesi condicionants a causa dels problemes ambientals que poden crear; però seria molt acon-


sellable que els abocadors i les incineradores en actiu en aquest moment s’utilitzessin d’u-na manera conservadora per allargar la seva vida útil i evitar haver de construir-ne de nous(en l’hipotètic cas que realment es disposés de llocs on instal·lar-los).

Els abocadors són «magatzems» de fangs que hauran de manejar les generacions futures,

cosa que fa necessària diligència per trobar solucions a llarg termini valorant molt bé si hiha noves alternatives de tractament o no.

Cal replantejar la situació, tenint en compte altres residus orgànics generats i altres viesde tractament, determinant en cada cas quin és la destinació més adequada i possible, ibuscar solucions a llarg termini realitzant una anàlisi bioeconòmica acurada per a totes lespossibilitats.

2. El sòl com a receptor de fangs

Ens referim al sòl (agrícola o d’un altre tipus) com a possible receptor de fangs amb l’ob-jectiu de millorar les seves funcions, a la vegada que col·laborar en la gestió correcta delsfangs.

El sòl, recurs natural no renovable a curt termini, és un sistema viu i complex que evolu-ciona amb el temps. Tant la seva formació i evolució com la seva degradació són el resul-tat de la cinètica de processos que depenen d’atributs intrínsecs i extrínsecs. Els primersdepenen dels factors que participen en la seva formació (tipus de material originari, clima,topografia, vegetació natural i temps) i determinen la seva capacitat per a un ús especí-fic. Els atributs extrínsecs depenen de l’ús del sòl i de com es gestiona i maneja (Felipó,2004). Aquí, per tant, hi intervé la manera de gestionar els RO a través del sòl. Molts sòlsagrícoles de la conca mediterrània pateixen com a principal procés de degradació la pèr-dua de matèria orgànica (Rusco et al., 2001). Això és degut al fet d’haver estat cultivatsdes de fa molts anys i de manera especialment intensiva els darrers decennis.

La matèria orgànica (MO) és un component bàsic per al manteniment de les funcions delsòl. Els agrònoms consideren que els sòls amb menys de l’1,7% de MO estan en fase depredesertificació (CCE, 2002). Estimacions realitzades recentment afirmen que el sòl de qua-si el 75% de la superfície total del sud d’Europa té un contingut baix o molt baix en MO. AEspanya podem trobar sòls fins i tot amb nivells inferiors a l’1,5% (figura 3).

Quan es gestionen residus orgànics a traves del sòl es pot pretendre (Felipó, 2002):

- Rehabilitar un sòl, que significa millorar-lo a partir d’un determinat estat de degra-dació o de baixa productivitat.

- Restaurar un sòl, que és quelcom quasi impossible (sobretot si es vol aconseguirde manera immediata) perquè implicaria restablir-ne l’estat original.

- Recuperar un sòl, que suposa recuperar la funcionalitat.

I en el cas més utilitzat d’aplicacions agronòmiques, mantenir la fertilitat del sòl i/o cobrirnecessitats dels conreus.

Els fangs, igual que altres RO, contenen MO i fitonutrients que els fan bons candidats a

Món social | 143


OM% Lleida

Figura 3. Contingut en MO en sòls de Lleida i de Castella la Manxa (Ministeri de Medi Ambient, 2002)

4,0

3,5

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

0,0

Castella la Manxa

4,0

3,5

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

0,0

ser gestionats a través del sòl, però amb una aplicació controlada, sense oblidar que podencontenir contaminants, que existeixen altres RO (Westerman i Picudo, 2002) que podenpresentar millors característiques i que en certs casos podria no ser aconsellable aplicar-los directament al sòl.

Malgrat que s’ha dit i es repeteix molt sovint que els sòls mediterranis en general són pobresen MO, no tots els tipus de MO són adequats per corregir això (Soliva et al., 2004); a més

144 | Món social


a més, la MO dels fangs, com la de la major part de RO, va acompanyada de fitonutrientsque no sempre són necessaris en la mateixa quantitat que la MO.

En unes estimacions realitzades l’any 1995 (Martínez, 1995), s’arribava a la conclusió queels diferents residus generats cobririen la demanda de carboni orgànic del sòl de Catalu-nya per tal de mantenir els índexs i en sobraria per anar incrementant els nivells de MO,però que els conreus no tindrien capacitat per absorbir la totalitat de l’N i P aportats pelsmateixos residus. Tot i que no és del tot correcte fer aquestes estimacions globals, gene-ralitzant el tipus de MO i fitonutrients que tenen els diferents residus, són prou informati-ves per assenyalar que aquesta i altres estimacions (que no sempre són coincidents) s’ha-gueren hagut de fer prenent consciència de la impossibilitat de seguir intentant aportar totsels RO i fangs generats al sòl i que era obligat seleccionar els més adequats per a les apli-cacions directes, els aconsellables per rebre tractament i els que s’havien de desestimardes d’un principi per la seva composició, i no crear competències desafortunades entreresidus. Això haguera servit, a la vegada, per escollir el tipus d’instal·lacions de residus mésadequats per a cada zona del territori.

3. Composició i destinació dels fangs de depuradora urbana

Cal caracteritzar i conèixer els tipus de residus i els canvis deguts als diferents tractamentsper poder fer una diagnosi adequada sobre la seva destinació, però també per aplicarnomés aquells tractaments que siguin necessaris i que estiguin contrastats, i evitar mal-baratar diners i esforços amb sistemes que no aporten solucions reals.

Els gestors de RO, i de fangs en particular, han de tenir la suficient informació i capacitat perpoder prendre decisions adequades i evitar que els diferents interessos en joc afavoreixin des-tinacions ambientalment incorrectes.

És aconsellable conèixer bé la seva composició (Saña i Soliva, 1985; Saña, 1985; Garauet al., 1986; Felipó i Garau, 1987; Soliva, 2000; Soliva i López, 2003) i les transformacionsque poden patir segons el maneig o tractament. En el cas concret dels fangs, cal deter-minar si és possible tractar-los o utilitzar-los directament i els avantatges que pot supo-sar.

En la taula 1 s’indiquen les característiques fisicoquímiques i químiques d’algunes mos-tres de fangs en comparació amb un fem de vaquí ben gestionat. En els paràmetres pre-sentats hi ha els que avaluen el material tant pel seu contingut en MO com pel seu con-tingut en fitonutrients o en metalls.

La composició és variable entre plantes depuradores (taula 1) o per a una mateixainstal·lació entre anys (taula 2).

La normativa d’aplicació de fangs dóna molta importància al seu contingut en metalls i con-taminants orgànics (taula 3), però tot i que aquest aspecte és importantíssim per evitar ladispersió de contaminants, també s’hauria de tenir en compte la falta d’estabilitat de laMO de molts fangs que fa que, a l’abocador o quan s’apliquen al sòl, es descomponguinmolt ràpidament (figura 4), fet que, lligat a l’elevat contingut en nitrogen d’aquests mate-

Món social | 145


rials, pot afavorir la contaminació per nitrogen. Aquest aspecte no és sols important encas de fer aplicacions agrícoles, sinó també en cas d’anar a un abocador o d’utilitzar-seper restaurar sòls degradats (Alcañiz et al., 1996; Jorba et al., 2004). El contingut en MOdels fangs i la seva resistència a la degradació estan molt lligats al tipus de depuradora,però també molt a com s’aplica i es fa el seguiment del seu funcionament. L’estabilitat delfang que s’aconsegueixi en la depuradora farà que la quantitat de fang generat sigui infe-rior i que el seu maneig (per a qualsevol destinació que se li doni) sigui mes fàcil. No s’hade plantejar el problema de la destinació dels fangs sense incloure’l en tot el procés de ladepuració, de manera global i des del principi fins al final.

Taula 1. Composició de diferents mostres de fangs resultants de la depuració d’aigües residuals urbanes i/omixtes, comparades amb un fem de vaquí gestionat correctament (dades pròpies)

Mostra 1 2 2* 3 4 Fems vaquins

pH 6,85

6,60 6,03 8,10 9,00 7,95

CE dS/m 2,20 1,30 2,11 2,17 5,92 3,90

% H 83,42 77,31 2,70 75,99 70,40 45,50

ppm N-NH4 soluble 11.365 1.987 308 4.869 n. d. 109

% MOT 67,33 63,28 60,94 57,91 56,41 45,05

% Norg 5,32 7,00 7,62 4,41 3,32 2,05

C/N 6,00 4,5 4,0 6,6 8,1 11,00

% MOR resistent 18,38 29,06 32,40 23,49 17,62 22,11

% GE (MOR/MOT) 27,31 45,93 53,18 40,57 31,24 49,09

% NnH (Nresistent) 0,75 0,81 1,25 0,97 0,62 1,05

% NnH/Norg 14,09 11,57 16,40 21,99 18,67 51,22

% P 2,47 2,26 2,11 2,72 3,06 1,36

% K 0,56 0,32 0,31 0,29 0,38 2,34

% Ca 6,00 3,31 3,23 6,93 3,30 5,67

% Mg 0,59 0,49 0,49 1,25 1,29 1,10

% Na 0,24 0,27 0,25 0,25 n. d. 0,43

% Fe 0,48 1,05 1,13 1,56 0,94 0,80

ppm Zn 662 1.742 1.655 1.842 1.794 281

ppm Mn 95 126 126 180 146 458

ppm Cu 310 401 385 623 192 75

ppm Ni 45 205 188 174 n. d. 54

ppm Cr 61 555 528 580 7.800** 52

ppm Pb 121 93 82 146 331 22

ppm Cd 1,0 5,7 4,4 1,9 1,0 < 1,0

* Fang procedent de la mateixa depuradora, però amb assecatge tèrmic.** Aquesta depuradora rebia aigües residuals d’adoberies.CE: conductivitat elèctrica; N-NH4+sol: nitrogen amoniacal soluble; MOT: matèria orgànica total; MOR: matèria orgànicaresistent; GE: grau d’estabilitat; Norg: nitrogen orgànic; NnH: nitrogen no hidrolitzable.

146 | Món social


Taula 2. Dades de pH, MOT, Norg i metalls pesants de tres períodes diferents en les instal·lacions F i SFG(López, 2002)

Instal·lació Any pH MOT org-N Zn Cu Ni Cr Pb Cd

F 1982 6,50 75,80 5,07 698 209 24 112 347 6,0

F 1987 6,90 50,00 3,50 1000

F 2002 6,80 77,20 6,30 548 153 10 32 53 2,0

SFG 1982 6,90 70,40 4,54 2734 777 35 101 333 7,0

SFG 1987 6,50 58,00 4,50 3300

SFG 1996 6,18 65,94 5,10 880 947 35 45 148 0,5

Taula 3. Directiva 86/278/CEE i modificacions previstes en l’esborrany de fangs de la UE.

Elements Límit (mg/kg m. s.) Límit (mg/kg P)

Directiva 86/278/CEE Proposta Proposta

Cd 20-40 10 250

Cr 1. 000-1. 750 1. 000 25. 000

Cu 1. 000-1. 750 1. 000 25. 000

Hg 16-25 10 250

Ni 300-400 300 7. 500

Pb 750-1. 200 750 18. 750

Zn 2. 500-4. 000 2. 500 62. 500

Compostos orgànics Límit (mg/kg m. s.)

AOX1 500

LAS2 2.600

DEHP3 100

NPE4 50

PAH5 6

PCB6 0,8

Dioxines ng TE/kg m. s.

PCDD/F7 100

1. Sumatori de compostos orgànics halogenats.2. Sulfonats d’alquilbenzè lineals.3. Di(2-etilhexil)ftalat.4. Comprèn nonilfenol i nonilfenoletoxilats amb 1 o 2 grups etoxi.5. Sumatori dels següents HAP: acenaftè, fenantrè, fluorè, fluorantè, pirè, benzo(b+j+k)fluorantè, benzo(a)pirè,benzo(ghi)perilè, indeno(1,2,3-c,d)pirè.6. Sumatori dels components de bifenils policlorats de nombre 28, 52, 101, 118, 138, 153, 180.7. Dibenzodioxines policlorades/dibenzofurans.

Món social | 147


148 | Món social

Desprendiment de CO2/g MO

Figura 4. Proves de mineralització de barreges de fang (amb diferents tractaments) i sòl (Fernández, 2001)

800

700

600

500

400

300

200

100

0

0 10 20 30 40 50 60 70 80

mg

C-C

O2/

g M

O

Fang Fang assecat Fang compostat

La composició d’un fang depèn molt del seu origen, però segur que

un control millor de les aigües d’entrada i dels mètodes de depuració pot potenciar el valordels components útils i disminuir la perillositat d’altres (Amorena, 1995; Gómez i de la Peña,1990).

En la figura 5 s’aprecien les millores en la composició en metalls de fangs d’una depura-dora quan controla les aigües d’entrada.

Taula 4. Diferents quantitats de determinats components que aportarien algun dels fangs de la taula 1 quans’apliquessin en una dosi corresponen a 150 kg de N ha-1

Fang 1 Fang 2 Fang 3

MS kg 2.820 2.143 3.401

MOT kg 1.898 1.356 2.041

MOR kg 518 623 799

P kg 70 48 93

Zn g 1.867 3.733 6.625

Cu g 874 270 2.119

Ni g 127 439 592

Cr g 172 1.189 1.973

Pb g 341 199 497

Cd g 3 12 6


Món social | 149

Figura 5. Evolució en la concentració de Cr i Pb (mg kg-1) en els fangs de dues depuradores al llarg delsanys quan es controlen les aigües d’entrada (López, 2001)

30.000

25.000

20.000

15.000

10.000

5.000

0

1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003

450

400

350

300

250

200

150

100

50

0

31-01-93 15-06-94 28-10-95 11-03-97 24-07-97 06-12-99 19-04-01 01-09-02


150 | Món social

Inici BM Ordi Colza Pèsol

Moment

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Figura 6a. Evolució del fòsfor assimilable del sòl, al llarg d’una rotació segons el tipus d’RO aplicat

P a

ssim

ilab

le

Test Fang II Fem II Comp II Mn

4. Utilització dels fangs en l’agricultura

Atès que l’aplicació agrícola de fangs o del compost que se’n pot obtenir és fins almoment la via més econòmica de gestió, cal ser exigent en els condicionaments per a l’ac-ceptació dels fangs i així afavorir el control de les aigües residuals que arriben a les depu-radores i el procés de depuració i de tractament del fang en la mateixa depuradora.

Pretendre reciclar tots els RO a traves del sòl, sense seleccionar els que són més adients,o improvisar en la recerca d’altres alternatives, pot portar la gestió dels residus a una situa-ció caòtica a causa de:

- Sobrepassar la capacitat dels nostres sòls i els seus cultius per reciclar matèria orgà-nica i els nutrients.

- Arribar a plantejar una «guerra» de residus i d’interessos.

- Dispersar contaminants en l’entorn.

- Invertir molts esforços i diners a instal·lar grans plantes de tractament que no


Món social | 151

200

180

160

140

120

100

80

60

40

20

0

Figura 6b. Contingut en nitrats en el sòl al llarg d’una rotació segons el tipus d’RO aplicat

[ ]

Testimoni Fang Fem Mineral

0 50 100 150 200 250 300 350 400Dies

podran solucionar el problema; i, com l’experiència ha demostrat altres vegades, acon-seguir únicament encarir, complicar i desprestigiar la gestió dels residus.

Hi ha la idea generalitzada que l’aplicació de fangs al sòl agrícola, o d’un altre tipus, ésbeneficiosa per a la producció vegetal i que només cal controlar la possibilitat d’acumu-lació de contaminants (taula 3) i la seva transferència a la cadena tròfica. Aquest tipus decontrol, tot i que és molt important, és insuficient. Si s’ha d’utilitzar un fang o no, en qui-na dosi (taula 4) i en quin moment, així com la manera d’avaluar-ne el comportament, hade fer-se des del punt de vista de la millora de les característiques del sòl, de la produc-ció i la qualitat dels vegetals, i de l’estudi de totes les possibles vies de dispersió de con-taminants (aire, aigua, sòls i cadena tròfica). L’ús dels fangs té interès, però s’ha de teniren compte que el seu comportament és diferent del d’un fem (taula 1) o d’un compostben estabilitzat (Bernat et al., 2001); allibera nitrogen més fàcilment i els beneficis que gene-ra pel tipus de MO (menys estabilitzada) que aporta són inferiors. Aplicar un fang amb uncontingut elevat en MO i poc estable pot afavorir un creixement ràpid dels vegetals, peròa la vegada generar excessos de nitrogen i fòsfor (figures 6a i 6b) i no afavorir una millorade les propietats físiques del sòl.


No es pretén dir que l’aplicació de fangs al sòl no ha de fer-se, sinó que cal fer-la sota con-trol i quan sigui aconsellable. Com que és un producte amb excedents, de vegades hi hala tendència a utilitzar-lo en dosis superiors a les necessàries o en aplicacions no idònies(figura 1), com passa moltes vegades amb els residus líquids ramaders.

Reciclar adequadament els RO pot coincidir amb els objectius de l’agricultura sostenible

(incrementar el contingut en MO dels sòls, reduir l’ús de fertilitzants minerals, millorar l’e-conomia de les explotacions agrícoles i afavorir la gestió correcta dels RO), amb el docu-ment de protecció del sòl publicat per la UE i amb l’interès actual de fomentar el segrestde carboni per part dels sòls. Per això, aquesta utilització, igual que altres possiblesopcions, s’ha de fer amb visió de futur, de manera que es pugui mantenir en el temps, prio-ritzant la protecció i sempre que continuï resultant una operació viable des del punt de vis-ta econòmic i de gestió, i aconseguint l’acceptació social. És interessant disposar d’einesbioeconòmiques que permetin identificar les vies més avantatjoses de gestió dels diferentsRO (Andrews et al., 1999) d’acord amb la sostenibilitat que tant pregonem i sobretot quansón tants els grups involucrats en la presa de decisions i en la possible afectació.

5. Compostatge dels fangs

Compostar (transformar biològicament els residus en condicions controlades) consisteixa gestionar els residus orgànics d’una manera respectuosa amb l’entorn, involucrar i res-ponsabilitzar la societat que els genera i donar al producte obtingut (compost) la destina-ció adequada (Giménez et al., 2005). És, a la vegada, una ciència i un art; és un procéscontrolat, biooxidatiu i termòfil que, gràcies a una activitat microbiològica complexa, trans-forma els residus orgànics en un producte estabilitzat, aplicable al sòl, sobre el qual pro-duirà un efecte beneficiós (Saña i Soliva, 1987; Soliva, 2001). El fet que això s’aconseguei-xi amb una tecnologia senzilla o complexa dependrà de les quantitats de residus que s’hande tractar, de la disponibilitat d’espai i de temps i, evidentment, del pressupost.

El compostatge ocupa un determinat lloc en la gestió integral dels residus; és un trac-tament biològic d’RO tan antic com l’agricultura i com la producció de residus. En la situa-ció actual el que ha variat és el motiu pel qual s’aplica (Soliva, 1998). Molts anys enrereera imprescindible conservar la matèria orgànica i els fitonutrients continguts en els resi-dus per poder mantenir la fertilitat del sòl (Saguer i Garrabou, 1996); actualment, es dis-posa d’altres mitjans, encara que no sempre són suficients ni s’apliquen correctament,i massa vegades es proposa el compostatge més com una necessitat per a la gestió deresidus que com a benefici de sòls i collites. Si es pensa que el compost ha de ser apli-cat al sòl, les restriccions han de ser més rigoroses que si es pensa a compostar perreduir pes i volum dels residus; en aquest darrer cas, tot i que es pot ser més tolerant,també han d’existir unes condicions, encara que d’un altre tipus. Es tracta, en definiti-va, d’establir uns requisits per tal d’evitar que es faci un mal ús del compostatge, quees converteixi en una manera encoberta d’enviar residus cap als sòls o que es faci encondicions tan inacceptables que creï molèsties al veïnatge i problemes ambientalsgreus.

152 | Món social


Els materials que s’han de compostar han de presentar, per si sols o barrejats, unes carac-terístiques que afavoreixin i facilitin el procés per dur-lo a terme en les millors condicions(energètiques, econòmiques i ambientals) possibles. Els fangs presenten unes caracte-rístiques inadequades per ser compostats sols; cal barrejar-los amb materials de carac-terístiques complementàries que els aportin porositat, estructura i sobretot equilibri enbiopolímers i nutrients (principalment, C/N) per aconseguir un procés termòfil eficient ievitar problemes ambientals o costos excessius per controlar-los (Soliva et al., 1993; Arbiolet al., 1993). És veritat que la necessitat de materials complementaris obliga a tenir-hoen compte en el dimensionament de les plantes i a manejar, sobretot en les primeres fases,majors volums, però és una decisió que cal prendre i valorar si el que es vol fer és com-postar.

Quan es composta, els fangs es transformen en un producte més sec, més manejable ique, si ha estat correctament transformat, conservarà i concentrarà els fitonutrients ori-ginals.1 Desgraciadament, el fet que molts fangs no es puguin aplicar directament al sòlo que siguin difícils de transportar a causa del contingut en aigua ha fet que s’hagi des-controlat bastant el seu tractament, i hi ha plantes que ho fan amb barreges inadequa-des, sense mesures de control del procés ni d’emissions, la qual cosa ha generat moltsproblemes i rebuig de la societat cap a aquest tipus d’instal·lacions.2 S’oblida massa sovintque el compostatge, si es fa correctament, transforma els residus i en redueix el pes, elvolum i la problemàtica de la seva fermentabilitat i, per tant, facilita la posterior gestió, però,evidentment, amb un cost. La destinació lògica del compost hauria de ser l’aplicació coma esmena, fertilitzant o substrat, però això depèn dels contaminants presents en els mate-rials compostats i en la manera com s’ha controlat la seva transformació; si aquesta noés la destinació perquè no compleix les exigències normatives (RD 824/2005), perquè tépoca acceptació, perquè el mercat està saturat o perquè ja s’ha plantejat com a «com-postatge gris», qualsevol altra destinació també ha de ser avaluada des del principi finsal final per minimitzar costos (ambientals i econòmics).

6. Comentari final

Les innovacions i noves tendències en la destinació dels fangs no han de referir-se sola-ment a les innovacions tecnològiques (sense oblidar-les), perquè aquestes, en una socie-tat en canvi com és la nostra, ja es poden donar per segures; el que ha de ser nou ha deser el fet d’aplicar-les quan calgui i de manera adequada. Podríem parlar d’innovacions itendències en aspectes com ara:

- Ser responsables en el moment de generar i abocar aigües residuals.

- Ser respectuosos i seriosos en el moment de planificar estacions de tractament i

Món social | 153

1. Cal ser conscients que també es concentraran els metalls pesants, per això cal controlar-los en els mate-rials d’entrada.

2. «[…] els veïns vam descobrir que el que s’havia iniciat com a planta de compostatge, que té un nom moltagradable i sona a ecològic […], havia esdevingut amb el temps una instal·lació de residus industrials […] queté un expedient perquè es passa en un 77% en els residus que tracta […] entre els quals hi ha fangs de depu-radora […]», diari gratuït Bon Dia, 19 de desembre de 2006.


escollir la tecnologia i, sobretot, en el moment de decidir la destinació dels fangs; aixícom també ser molt respectuosos en el moment de transformar aquests temes ennotícia.

- I, sobretot, que la gestió dels residus fos un fet en el qual tots participéssim (Felipóet al., 2004; Soliva et al., 2004). Seria una novetat, una innovació, que s’aconseguísun treball més coordinat.

Ser innovadors no vol dir copiar, ni aplicar simplement la tecnologia «més nova» ni la méscara, ni deixar en mans de determinades empreses la destinació dels residus del nostreentorn; l’elecció d’una tecnologia senzilla o puntera dependrà de cada situació particular,valorant raonadament i en conjunt els avantatges i els inconvenients.

Cal informació, innovació i imaginació.

Queda clar que també cal tenir en compte el pressupost de què es disposi, però segura-ment es pot dir que quan un sistema de gestió o tractament no ha funcionat o no funcio-na no ha estat, en la major part dels casos, per manca de pressupost.

154 | Món social


Bibliografia

ADEME (1985). Les micro-polluants organiques dans les boues résiduaires des stationsd’épuration urbaines. Agence de l’Environnement et de la Maîtrisse de l’Energie. França:Angers.

ADEME (1985). Les micro-polluants métalliques dans les boues résiduaires des stationsd’épuration urbaines. Agence de l’Environnement et de la Maîtrisse de l’Energie. França:Angers.

ALCAÑIZ, J. M.; COMELLAS, L.; PUJOLÀ, M. (1996). Manual de restauració d’activitats extrac-tives amb fangs de depuradora. Recuperació de terrenys marginals. Barcelona: Junta deSanejament [ed.]: Generalitat de Catalunya.

AMORENA, A. (1995). «Plan integral de reutilización de lodos de depuradora en la comarcade Pamplona». Gestión y utilización de residuos orgánicos para la agricultura. FundaciónLa Caixa: AEDOS. ISBN: 84-7664-503-1.

ANDREWS, S. S.; LOHR, L.; CABRERA, M. L. (1999). «A bioeconomic decision model compa-ring composted and fresh litter for winter squash». Agricultural Systems, núm. 61, p. 165-178.

ARBIOL, M.; BENITO, P.; SOLIVA, M.; VILLALVA, D.; MOLINA, N. (1993). «Pruning residues andsewage sludge co-composting». Proceedings of International Conference on Environ-mental Pollution. Vol 2. ISBN 0 9521673 0 1.

BERNAT, C.; CASADO, D.; FERRANDO, C.; PAULET, S.; PUJOL, M.; SOLIVA, M. 2001. «Compost,manure and sewage sludge applied to a crop rotation». A: Sangiorgi, F. [ed.]. Recycling ofAgricultural Municipal and Industrial Residues in Agriculture. Milà.

Directive 2000/76/EC, on waste incineration.

FELIPÓ, M. T. (2002). «Utilización de materia orgánica residual urbana en la recuperaciónde suelos degradados». Agricultura y medio ambiente: Nuevos avances en conservacióny manejo de agrosistemas. Curs patrocinat per la Fundación Universidad de Verano de Cas-tilla y León. Segòvia 1-5 de juliol.

— (2004). «Ús del sòl i sostenibilitat agrària. Els sòls de Catalunya: un recurs natural limi-tat». La terra i el medi. Publicacions de la Presidència del Institut d’Estudis Catalans, núm.17.

FELIPÓ, M. T.; GARAU, M. A.; PASCAL, M. D.; CARDÚS, J. (1982). «Reutilización de aguas ylodos residuales procedentes de depuradoras municipales a través del suelo». Anales Eda-fología y Agrobiología, XLI, p. 9-10.

FELIPÓ, M. T.; GARAU, M. A.; SOLIVA, M.; SAÑA, J. (1982). Posibilidades de aprovechamien-to de lodos de depuradoras en aguas residuales como enmienda y fertilizante. Conferèn-cia contra la pol·lució del Mediterrani. Llibre d’Actes.

FELIPÓ, M. T.; GARAU, M. A. (1987). «Comparison of biological and Chemical methods todetermine available nitrogen in sewage sludge amended soil». Biology anf Fertility Soils,

Món social | 155


(5) 1, p. 26-30.

FELIPÓ, M. T.; HUERTA, O.; LÓPEZ, M.; SOLIVA, M. 2004. «Research on organic wastes soilrecycling and its applicability to local scenarios». A: Ferrer-Balas, D.; Mulder, K. F.; Bruno,J.; Sans, R. [ed.]. II International Conference on Engineering Education in Sustainable Deve-lopment. EESD. Ó CIMNE i UPC Barcelona.

FERNÁNDEZ, M. (2001). «Mineralització de fangs i composts de diferent origen». Informe Con-veni ESAB i Junta de Residus.

GARAU, M. A.; FELIPÓ, M. T.; RUIZ DE VILLA, M. C. (1986). «Nitrogen mineralization of sewa-ge sludges in soils». Journal Environmental Quality, 15 (3), p. 225-228.

GIMÉNEZ, A.; GEA, V.; HUERTA, O.; LÓPEZ, M.; SOLIVA, M. «Aproximación a la situación actualen Cataluña del mercado del compost elaborado a partir de la fracción orgánica de resi-duos municipales recogida selectivamente». II Congreso sobre Residuos Biodegradablesy Compost. Sevilla, 20-21 d’octubre de 2005. Instituto para la Sostenibilidad de los Resi-duos.

GÓMEZ, L. A.; PEÑA, G. de la (1990). «Sistemática seguida y resultados obtenidos en el con-trol de vertidos y residuos industriales de carácter tóxico y peligroso en la comarca de Pam-plona». A: I Congreso Internacional de Química de la ANQUE: Residuos sólidos y líquidos.Su mejor destino. Puerto de la Cruz (Tenerife), 3, 4 i 5 de desembre. [Ponència]

JORBA, M.; JOSA, R.; HERETER, A.; VALLEJO, R. (2004). «Improvement of the physical qualityof substrates used in ecological restoration of open limestone quarries». Fourth Interna-tional Conference on Land Degradation. Múrcia.

Llei 6/1993, de 15 de juliol, reguladora dels residus. Barcelona: Generalitat de Catalunya.DOGC. núm. 1776, 28 juliol 1993.

LÓPEZ, M. (2002). «Elements potencialment tòxics en fangs de depuradora: raons per esta-blir límits en els continguts i en l’aplicació». Informe Conveni ESAB-AGBAR.

MARTÍNEZ, F. X. (1995). «Posibles usos de los residuos urbanos en agricultura: abono,enmienda orgánica y sustrato de cultivo». Gestión y utilización de residuos orgánicos parala agricultura. Fundación La Caixa: AEDOS. ISBN: 84-7664-503-1.

MUJERIEGO, R.; CARBÓ, M. (1994). Reutilització dels fangs en agricultura. Informe Tècnic.Editat per Consorci de la Costa Brava. ISBN 84-920002-1-x.

Proposta de Directiva del Parlament Europeu i del Consell, per la qual s’estableix un marcper a la protecció del sòl i es modifica la Directiva 2004/35/CE. Brussel·les, 22 novembre2006. COM(2006) 232 final. 2006/0086 (COD).

Reial decret 824/2005, sobre productes fertilitzants.

ROMERO, R.; SAÑA, J.; BALANYÀ, T. (1989). «Manual d’utilitats dels fangs de depuradora coma adob». Quaderns de Divulgació, núm. 12. IRTA

RUSCO, E.; JONES, R.; BIBOGLIO, G. (2001). «Organic matter of the soils in Europe: presentstatus and future trends». European Soil Bureau. Soil and Waste Unit. Institute for Envi-ronment and Sustainability. JRC. Ispra. 12p.

156 | Món social


SAGUER, E.; GARRABOU, R. (1996). «Métodos de fertilización en la agricultura catalanadurante la segunda mitad del siglo XIX». La fertilización en los sistemas agrarios. Una pers-pectiva histórica. Fundación Argentaria. P 89-126. ISBN 84-7774-974-4. (Economía y Natu-raleza)

SAÑA, J. (1985). «Els fangs de depuradora com a adobs orgànics». Quaderns Agraris, núm.6. ICEA.

SAÑA, J. (1985). «La utilització dels fangs de depuradores urbanes com a adobs. Carac-terització de la seva fracció orgànica». Universitat de Barcelona. [Tesi doctoral]

SAÑA, J.; COHÍ, A.; BONMATÍ, M.; RIVA, A. de la; SOLIVA, M.; FELIPÓ, M. T.; GARAU, M. A. (1980).«Los fangos de depuradora y su uso como fertilizantes». A: VII Congreso Nacional de laIndustria Química.

SAÑA, J.; GARAU, M. A.; FELIPÓ, M. T.; CARDÚS, J. (1980). «Composició química i propietatsfísiques de fangs residuals i la seva aplicació agrícola». A: Anales de la Sección de Quími-cas del Colegio Universitario de Gerona. Vol. 3.

SAÑA, J.; GARAU, M. A.; FELIPÓ, M. T.; SOLIVA, M. (1980). «Organic composition of munici-pal sewage». A: Actas del International Symposium Humus and Plant VII.

SAÑA, J.; SOLIVA, M. (1985). «Qualificació global d’un adob orgànic com a font de matèriaorgànica, com a nutrient mineral i com a contaminant». Quaderns Agraris, núm. 6. ICEA.

— (1987). «El compostatge: procés, sistemes i aplicacions». Quaderns d’Ecologia Aplica-da, núm. 111. Diputació de Barcelona. Servei del Medi Ambient.

SOLIVA, M. (1998). «Tecnología del compostaje: efectos de la propuesta de Directiva CEE97/C 156/08». A: Jornadas sobre tratamientos biológicos integrados, BIOMETA 98. ÀreaMetropolitana de Barcelona. Entitat del Medi Ambient.

— (2000). «Aplicación de lodos resultantes de la depuración de aguas residuales urbanasa la agricultura». IQPC. Forum Internacional: Tratamiento de lodos de depuradora: su mini-mización, valorización y destino final. Madrid, març de 2000.

— (2001). Compostatge i gestió de residus orgànics. Barcelona: Diputació de Barcelona.Àrea de Medi Ambient. (Estudis i Monografies; 21)

— (2004). «Organic waste in Spain: a problem that should be a resource». A: Bernal, M.P.; Moral, R.; Clemente, R.; Paredes, C. [ed]. Sustenaible Organic Waste Management forEnvironmental Protection and Food Safety. Proceedings of 11th International Conferenceof the FAO ESCORENA Network on Recycling of Agricultural, Municipal and Industrial Resi-dues in Agriculture. Vol. I. RAMIRAN, Múrcia, 6-9 d’octubre.

SOLIVA, M.; FELIPÓ, M. T.; GARAU, M. A.; SAÑA, J. (1982). «Com aprofitar per a l’agriculturaels fangs residuals derivats de la contaminació». Ciència, 22.

SOLIVA, M.; FELIPÓ, M. T. (1984). «Gestión y reutilización agrícola de lodos procedentes deltratamiento de aguas residuales». Depuración y reutilización de aguas residuales.

SOLIVA, M.; FELIPÓ, M. T. (2003). «Organic wastes as a resource for Mediterranean soils».A: Langenkamp, H.; Marmo, M. [ed.]. Proceedings of the Workshop Biological Treatment

Món social | 157


of Biodegradable Wastes. Technical Aspects. Brussel·les, p. 249-272.

SOLIVA, M.; VILLALBA, D.; VILARASAU, B.; ARBIOL, M. (1993). «Characterization of compostedpruning materials from urban gardens». Acta Horticulturae, 342, p. 361-370.

SOLIVA, M.; LÓPEZ, M. (2003). «El destino final de los lodos. Criterios para la decisión. Apli-cación al suelo». Seminario sobre Producción y Gestión de Lodos de Depuradora. MIMAM-AGBAR, març de 2003.

SOLIVA, M.; BERNAT, C.; Gil, E.; MARTÍNEZ, X.; PUJOL, M.; SABATÉ, J.; VALERO, J. (2004). «Orga-nic waste management in education and research in agricultural engineering schools». A:Ferrer-Balas, D.; Mulder, K. F.; Bruno, J.; Sans, R. [ed.]. II International Conference on Engi-neering Education in Sustainable Development. EESD. Ó CIMNE i UPC Barcelona.

SOLIVA, M.; LÓPEZ, M.; HUERTA, O.; VALERO, J.; FELIPÓ, M. T. (2004). «Waste organic matterquality versus soil amendment effects». A: Bernal, M. P.; Moral, R.; Clemente, R.; Pare-des, C. [ed.]. Sustenaible organic waste management for environmental protection and foodsafety. Proceedings of 11th International Conference of the FAO ESCORENA Network onRecycling of Agricultural, Municipal and Industrial Residues in Agriculture. RAMIRAN. Múr-cia, 6-9 d’octubre de 2004. Vol. I, p. 201-204.

WESTERMAN, P.; PICUDO J. «Management strategies for organic waste use in agriculture».Proceedings of the 10th International Conference of the Ramiran Network. Eslovàquia, 14-18 de maig de 2002, p. 85-91.

158 | Món social


Quinze bidons de… detritusRamon Rabella Pujol. Cap de la Secció de Suport a la Gestió Local. Servei de Medi Ambient. Diputació de Barcelona

El nostre modus vivendi en la societat industrial fa que produïm tot tipus d’outputs, als qualsno donem la importància que mereixen. Per exemple, ara mateix estem vivint l’emergènciadel tema del canvi global, el qual, malgrat que ja fa molts anys que estàvem advertits, finsara ni institucions, ni mitjans de comunicació, ni l’opinió publica no havien pres seriosament.

El canvi global va lligat a alguns d’aquests outputs, els gasos d’efecte d’hivernacle, als qualsno es va donar gaire importància en el seu moment, pensant que l’atmosfera era un abo-cador infinit. El mateix problema de «l’abocador infinit» el podem tenir en altres matèries.

Hi ha un grup de materials que, malgrat que són molt diferents, fins ara han tingut un trac-tament semblant. Ens referim a tota la colla de productes més o menys orgànics la des-tinació dels quals és ser distribuïts pel territori, ja sigui en les superfícies agrícoles o espaisque s’han de restaurar (quan abans han estat tractats o tenen unes característiquesdeterminades), ja sigui en abocadors específics. Però el territori no és un «abocador infi-nit» i ja hi ha símptomes de saturació, si més no a escala local.

Aquest grup de materials (outputs no desitjats) està format bàsicament pels llots de depu-radores urbanes i industrials, els fems de la ramaderia intensiva industrialitzada i la frac-ció orgànica dels residus municipals (FORM). En la taula 1 tenim un càlcul aproximat delsvolums que generem a Catalunya de cadascun dels tipus.

Taula 1

Procedència m3/any

Fangs d’EDAR (1) 539.354

Llots industrials (2) 1.139.014

Fems (3) 16.563.000

FORM (4) 2.674.459

Total 20.915.827

(1) Dades de 2005 procedents de l’ACA.(2) Dades de 2004 procedents de l’ACR.(3) Dades de 2004 procedents de l’IDESCAT.(4) Dades de 2005 procedents de l’ACR, recalculades amb la bossa tipus de l’EMRSH de 2005.

Per fer-nos una idea del que això suposa, a cada habitant de Catalunya,

si ens gestionéssim nosaltres mateixos la nostra part, ens tocarien gairebé 3 metres cúbicsde residus variats

(per dir-ho polidament). Si aquesta xifra la passem als típics bidons industrials, ens en toca-rien 15. Si ens anéssim guardant la nostra part, suposant una esperança de vida de setan-ta-cinc anys, acumularíem 225 m3 o 1.125 bidons. Comptant que un pis tipus té uns tresmetres d’alçada, en necessitaríem un de 75 m2, i si fóssim tres de família, 225 m2 i haurí-em de viure al carrer.

Curiositats | 159


Si tot aquest volum, enlloc de quedar-nos-el nosaltres, el repartíssim per al conjunt de les800.000 hectàrees de terres llaurades de Catalunya, alternativa que encara avui és la majo-ritària, tindríem una capa contínua recobrint el sòl de gairebé 3 mm.

Val a dir, però, que una bona part d’aquest volum es perd al llarg d’una gestió correcta.Així, durant el compostatge, es perd entre un 60% i un 75% del pes (per pèrdua de CO2,humitat i altres emissions). D’altra banda, hi ha una bona part de residus que no estancomptabilitzats en aquest exercici teòric, com per exemple el residu verd urbà, alguns d’a-limentaris…

De tota manera, malgrat que aquests càlculs són aproximats, malgrat que es pot tractarels residus per reduir-ne el pes, malgrat tots els avenços tecnològics, sembla que quedaclar que l’única alternativa raonable és la seva minimització. La prevenció en la generació,ja sigui per modificació d’hàbits o de processos, es fa imprescindible, ja que el territori noés un abocador infinit.

160 | Curiositats


Possibilitats de reutilització de sediments dragats nomarins en la regeneració ambiental d’àrees degradadesIñaki García, geòleg. Departament de Geologia i Sòls de Basoinsa, SL

Una part de la informació reflectida en aquest article prové de projectes d’R+D desenvo-lupats per Basoinsa, SL conjuntament amb la Fundació Labein.

1. Introducció i escenari de referència

La contaminació de sòls i sediments és un problema àmpliament estès als països indus-trialitzats que, en molts casos, imposa restriccions en l’ús del sòl (i en la possible reutilit-zació dels seus materials constituents) a causa dels riscos associats per a la salut huma-na, alhora que implica impactes mediambientals inacceptables relacionats amb efectesgreus sobre el funcionament dels ecosistemes. Al llarg de l’última dècada, l’interès per lestècniques de tractament ex situ (i en menor mesura on-site) d’aquests emplaçaments con-taminats amb vista a la reutilització dels materials ha experimentat un notable augment.Les principals raons es relacionen amb el fet que les tècniques de tractament són cadavegada més capaces de tractar una gran varietat de contaminants en diversos materialsmatriu. No obstant això, el major avantatge atribuït a aquestes iniciatives és, com ja s’haesmentat repetidament, la desactivació de materials contaminats, el seu reciclatge coma recurs natural en usos de valor afegit i l’aplicació de tractaments a tot presumpte resi-du abans de, o en comptes de, ser dipositat en un abocador.

Amb l’objecte de reduir els problemes mediambientals i socioeconòmics associats a la ges-tió dels residus, a la Comunitat Autònoma del País Basc (CAPB), igual que en la major partdels països europeus, hi ha programes i plans d’actuació dirigits a:

- Minimitzar la producció de residus.- Reduir la presència de substàncies perilloses que hi estan associades.- Desenvolupar tecnologies de reutilització i reciclatge.

En aquest context,

la reutilització i el reciclatge dels materials, sempre que no impliqui l’entrada de substànciescontaminants al medi ambient, adquireix una enorme transcendència tant econòmica

(estalvi en l’explotació de recursos) com ecològica (disminució de la superfície dedicadaa abocadors).

Depenent dels sectors d’activitat, les diferències entre el potencial de reciclatge o reutilit-zació i l’aplicació real d’aquestes activitats varien àmpliament. Així, en el sector de la cons-trucció el potencial de reciclatge i/o reutilització dels residus s’estima que pot assolir finsa un 75%, quan la realitat és que avui en dia només es recicla el 5%. En el cas dels sòlscontaminats, la situació és similar, perquè es considera que la reutilització (en determina-des condicions) podria ser aplicable a quantitats importants d’aquest tipus de materials.

Així, al llarg dels últims anys, l’interès per les tècniques de reutilització de materials com a

Curiositats | 161


tecnologia per implantar enfront de la deposició típica en abocadors (de qualsevol de lestipologies existents) té cada vegada més sentit i importància socioeconòmica fonamen-talment sobre la base de diversos aspectes:

- Les necessitats que l’existència d’aquests grans abocadors impliquen quant aespais ocupats, atès que és notòria la problemàtica cada vegada major associada aaquests aspectes, moltes vegades amb raons de pes.

- La important quantitat de materials perfectament reutilitzables que es perden en lamassa de residus que es diposita a l’abocador o s’incinera.

- En el cas concret de la CAPB i comunitats veïnes, la gran demanda simultània de:

1. Actuacions que permetin evitar l’abocament de materials en abocadors de resi-dus no inerts, amb els alts costos que porten associats.

2. Espai en abocadors de residus inerts.

3. Àrids o materials de rebliment per a obra civil en general, i de regeneració d’à-rees degradades (brownfields) en particular.

Aquestes actuacions estarien, així mateix, en concordança amb una de les claus de la sos-tenibilitat ambiental a la UE: no destinar cap producte a l’abocador sense haver-lo tractatprèviament (fins i tot per a la seva reutilització), en un context econòmicament i ambien-talment viable, amb les millors tecnologies disponibles. En relació amb l’àmbit de la CAPBen concret, es considera d’especial interès l’aprofitament de recursos (entesos avui enca-ra com a residus) existents ja en la nostra Comunitat Autònoma, i amb un potencial dereutilització notable, com són els sediments fluvials o procedents del rebliment de presesi embassaments. En definitiva, es tractaria d’invertir l’ordre habitual del binomi «residu-recurs» convertint un problema (de vegades greu) de gestió de residus en una oportuni-tat d’aprofitament de recursos.

Les aplicacions de reutilització d’aquests materials que es poden preveure a priori són lessegüents:

- Utilització com a topsoil en projectes de paisatgisme, jardineria, etc.

- Utilització com a rebliments en projectes de paisatgisme, disseny de parcs i zonesverdes, àrees esportives, etc.

- Reutilització com a rebliments en els projectes de regeneració de brownfields.

Respecte als sediments excavats, hem de partir de la base que, considerant que és pre-ferible prevenir que reaccionar, ens sembla necessari un canvi d’enfocament. Mentre quea la CAPB i entorns immediats el problema de les actuacions amb sediments excavatsés «On els puc abocar?», en països amb produccions anuals de desenes de milions demetres cúbics de sediments dragats (Holanda, Alemanya, Flandes, fins i tot França i Ità-lia), el problema és «Com els puc aprofitar?», la qual cosa indica que aquests països ensporten un avantatge d’almenys un pas intermedi, que ells ja van resoldre al seu dia: «Seriapossible aprofitar-los per a alguna cosa rendible?». Òbviament, la resposta a aquestaúltima pregunta en aquests països va ser «sí». Aprofundint en aquest concepte, la con-ferència internacional sobre descontaminació i aprofitament de sediments dragats (orga-

162 | Curiositats


nitzada a Amsterdam el desembre de 2004 per la Fundació Stichting Klasse 4, avui rEU-sed, i en la qual Basoinsa va participar) presentava el següent enfocament en el seupreàmbul: «El govern holandès ha fet els primers passos per promocionar i fomentar elfinançament de la conversió dels sediments més contaminats (Klasse 4) en materials deconstrucció. Però això s’ha revelat de moment insuficient per afrontar el problema; lesautoritats locals fins i tot no tenen fons suficients per costejar el processament dels sedi-ments. Si Europa està preparada per afrontar econòmicament aquesta activitat ambien-tal important, el processament generalitzat dels sediments de classe 4 finalment podràtenir lloc […]. A la província de Noord-Holland un terç dels sediments dragats no es potprocessar per convertir-lo en materials de construcció mitjançant tècniques operativa-ment viables. Si no s’actua respecte d’això, aquests materials hauran de ser abocats».Com podem veure,

en aquests països les preocupacions sobre la destinació dels sediments contaminats són moltdiferents de les que detectem en el nostre entorn.

2. Característiques i potencialitat d’ús

Pel que fa a les possibilitats d’aplicació dels materials esmentats en treballs de regenera-ció d’àrees degradades, es poden assenyalar les aplicacions potencials següents que elsmaterials reutilitzats, una vegada millorada la seva qualitat, podrien tenir:

- Restauració- Material de rebliment (buits de pedrera, perfilats…).- Material de transició: com a base per a plantacions.- Terres acceptables: com a substitutius de terres vegetals.

- Plantacions- Per a esmenes: utilitzables per les seves propietats fisicoquímiques.- Per a fertilitzacions: utilitzables per les seves propietats químiques.- Per a correctors de sòls: utilitzables per les seves propietats físiques.- Per a encoixinaments: utilitzables com a capa d’encoixinament en base de plan-tacions.

En un context més ampli i en general, els sediments de llacuna o d’embassaments, flu-vials i fluviomareals excavats poden tenir diferents possibilitats de destinació segons la zonad’on siguin retirats.

2.1. Sediments de llacunes o embassaments

Com que no es troben en zones intermareals ni poden assimilar-se a llots de depuraciómalgrat que tenen, en algun cas, característiques fisicoquímiques similars, el seu maneigha de ser i haurà de ser abordat com el d’un residu d’acord amb la legislació vigent.

Els principals problemes per a la reutilització dels sediments extrets d’embassaments són:

- La seva elevada humitat (60-85%), que els fa gairebé immanejables en obra i de difí-

Curiositats | 163


cil transport, i es necessiten eres d’assecatge o mecanismes de deshidratació prè-viament al seu transport o al seu abocament com a residu inert (màxim admès teò-ric 65%).

- La presència freqüent de capes de matèria orgànica associades a la mortaldat deplantes per inundació o, en alguns casos, a l’aportació de fecals a l’embassament.Un alt percentatge de matèria orgànica, especialment si és d’origen fecal, comportaproblemes d’excavació i maneig (olors, insectes, algun risc d’infeccions), de trans-port i d’admissió en abocador d’RI si supera el 15%.

- No obstant això, invertint el binomi residu-recurs, aquest alt percentatge de matè-ria orgànica converteix el sediment en un component edàfic d’alt valor sempre queno presenti contaminació incompatible amb la seva reutilització i sempre que la tex-tura i els paràmetres agronòmics siguin acceptables o almenys fàcilment corregibles.

Actualment, Basoinsa està estudiant la possible reutilització de sediments d’un embassa-ment amb alt contingut de matèria orgànica mitjançant deshidratació i correcció de tex-tura, pH i nutrients en les partides en què sigui necessari.

2.2. Sediments fluvials

En aquest cas la normativa que cal aplicar també és la de residus, amb la particularitatque per part d’algunes administracions es considera com un fet «natural» una reutilitza-ció com a rebliment a l’extradós d’obres portuàries. No obstant això, en principi aquestadestinació estaria reservada als materials dragats en el domini públic maritimoterrestre(DPMT) segons les normes vigents del CEDEX (1994), la revisió de les quals, d’altra ban-da, és d’imminent aparició.

L’experiència de Basoinsa en aquest tipus de sediments és que els projectistes del seudragatge i retirada es preocupen principalment per trobar algun buit morfològic o mineron poder-los abocar com més aviat millor. I això quan fan esment a la destinació dels mate-rials dragats o excavats, ja que hi ha projectes en què aquests extrems no estan resoltso ni tan sols tractats.

Els sediments purament fluvials sense influència mareal amb els quals ens hem enfrontatfins al moment tenen la característica dominant de la seva granulometria més aviat grossa,amb percentatges molt majoritaris de les fraccions grava i arena. Això comporta una majorreutilització d’ambdues com a àrids secundaris, com a molt mitjançant un procés previ derentada superficial de grans. La contaminació quedaria continguda en la fracció fina la reu-tilització de la qual seria bastant més compromesa. No obstant això, evitaríem l’abocamentcom a residu inert del voltant d’un 60-70% del volum excavat o dragat al medi fluvial.

Finalment, si la fracció fina concentra un percentatge de matèria orgànica adequat en absèn-cia de contaminació microbiana inacceptable, podria considerar-se almenys com a pos-sibilitat la seva reutilització en tasques agrícoles com es fa amb els llots d’EDAR. S’ha detenir en compte que l’experiència ens indica les altes concentracions de metalls pesantsi altres contaminants que aquests llots solen presentar sense que això sigui obstacle peral seu ús agrícola, sempre que es compleixi la legislació vigent en matèria de llots.

164 | Curiositats


Així doncs,

per assegurar la reutilització d’un important volum d’aquest tipus de materials n’hi hauria prouamb mètodes estàndard relativament senzills

com, per exemple, el dragatge selectiu, la separació mecànica en eres i, en cas necessa-ri i justificat, la rentada superficial simple de les fraccions tractades.

2.3. Sediments fluviomareals

En aquest tipus de materials és més abundant la fracció fina amb forta contaminació demetalls, organoclorats, altres hidrocarburs, i amb presència de matèria orgànica, fins i totfecal, en percentatges elevats, la qual cosa, a priori, sembla un obstacle insalvable per ala seva reutilització.

No obstant això, l’experiència de Basoinsa recollida en visites a plantes de valoritzacióde residus (waste-to energy) com la que va produir el 15% de l’electricitat d’Amsterdamel 2005 indica que està en marxa la injecció de llots de depuradora a les cambres decombustió d’RSU, i que és factible la injecció de fraccions fines de sediments contami-nats per a la seva valorització: ja s’està estudiant en circumstàncies postdisseny, la qualcosa podria ser potencialment aplicable, per exemple, al cas d’altres incineradores a laCAPB.

El resultat de processos d’aquest tipus ens porta a l’aprofitament de més del 97% de lamassa incinerada si sumem la valorització energètica i la producció d’escòries i cendresreutilitzables com a àrids. Si fos necessari, a aquests dos últims materials se’ls podria apli-car un nou procés que els faci inerts definitivament per a la seva reutilització immediata.

3. Estudis de caracterització

Si es vol validar l’aplicabilitat del material excavat com a terra vegetal, o almenys com aSEM o substrat edàfic millorat, s’ha de realitzar una caracterització fisicoquímica en quès’inclogui la quantificació de contaminants al material, prèviament identificats per l’ús pas-sat i actual de l’emplaçament a què pertanyen. Així mateix, aquesta caracterització ha d’in-cloure els paràmetres característics de la terra vegetal: granulometria, matèria orgànica (MO),pH, relació C/N, nitrogen total, fòsfor total i potassi total.

En el cas que superi els límits establerts, s’ha de realitzar una anàlisi de riscos específicaper valorar si l’ús del material excavat suposa risc. El principal associat a aquesta aplica-ció no és la dispersió per lixiviació, sinó el risc per als éssers humans i els ecosistemesque estaran potencialment en contacte directe amb el material contaminat. Per això, a con-tinuació s’ha de realitzar una anàlisi de riscos per a la salut humana i els ecosistemes. Enaquest cas o escenari, el receptor de l’ecosistema més exposat a la contaminació és lavegetació, per la qual cosa els assaigs de fitotoxicitat poden representar l’anàlisi de ris-cos cap als ecosistemes ja que aconsegueixen una mesura directa de l’efecte dels con-

Curiositats | 165


taminants sobre ella. L’anàlisi de riscos per a la salut humana es duria a terme segons lametodologia proposada per IHOBE, Societat de Gestió Ambiental del Govern Basc (Guíametodológica: Análisis de riesgos para la salud humana y los ecosistemas, 1998). En elcas que el material no sigui fitotòxic i, a més, no hi hagi risc per a la salut humana, es con-sidera adequat per a ús com a terra vegetal o SEM.

3.1. Materials caracteritzats

Les mostres de sediment van consistir en 80 kg de material argilollimós o fangós (amb com-ponent d’arena) procedent del dragatge d’una petita presa minera antiga a la Zona Mine-ra de Biskaia.

Al panell de fotografies adjunt es mostren diferents aspectes de les actuacions de dragat-ge i dels materials extrets.

El mostratge es va fer recollint la mostra manualment amb sonda Edelmann d’un apila-ment temporal on s’acumulen diversos milers de metres cúbics de sediments alhora quees produeix la seva deshidratació (vegeu la fotografia 1). En principi, i una vegada com-pletat el període de deshidratació i maduració del sediment, està prevista la seva reutilit-zació a mitjà termini com a substrat edàfic millorat en la renaturalització d’àrees mineresdegradades properes.

L’origen de la contaminació registrada en els sediments que es van acumular a l’embas-sament pot ser de diversos tipus:

- Origen miner: materials fins arrossegats de les basses pròximes de decantació mine-ra, lixiviats i arrossegaments d’enderrocs miners circumdants, així com d’abocadorsincontrolats avui retirats.

- Origen ramader: purins del nombrós bestiar boví, cavallí, caprí i oví que ha pastu-rat lliurement durant decennis als voltants de l’embassament.

- Origen fecal humà: abocaments directes a la xarxa hídrica des de masies i petitsnuclis de població.

- Una altra contaminació orgànica: matèria vegetal en descomposició originada perla inundació durant la dècada dels anys seixanta dels prats i les zones arbustives alsmarges de l’embassament.

- Origen circumstancial tardà en la posició actual: petits aportaments de lixiviats pro-cedents dels residus inerts adjacents al sediment actualment.

D’altra banda, els contaminants esperats o detectats en els sediments són els següents:

- Metalls pesants procedents de l’acumulació, rentat i decantació de mineral: As, Zn,Pb, Cd, Cr, Cu, a més d’altres no contaminants com Fe i Mn.

- Orgànics al·lòctons derivats dels abocaments incontrolats de residus: petites con-centracions d’organoclorats, PAH.

- Orgànics «autòctons» derivats de la descomposició vegetal i dels aportaments

166 | Curiositats


fecals: contaminació bacteriològica de coliformes fecals, abundant matèria orgànica,petites concentracions de fenols.

El mostratge es va fer tal com s’ha descrit anteriorment.

El material mostrejat s’ha caracteritzat inicialment tenint en compte tant paràmetres mecà-nics com fisicoquímics. Els contaminants analitzats corresponen als identificats com a mésfreqüents en relació amb l’ús de l’emplaçament on s’ha pres la mostra. La taula següentpresenta els resultats obtinguts.

En una campanya anterior de mostratge es va establir que la presència d’As i Cu en lixi-viat DIN és poc rellevant. I l’EC50 basada en lixiviat EP dóna sempre valors superiors als350.000 mg/l, i marca una ecotoxicitat molt baixa o inexistent.

Taula 1. Caracterització del sediment

Paràmetre Unitat Paràmetre Unitat

Arena grossa (0,25 mm < D < 2 mm) % 2,84 Plasticitat3 LL 39,10

Arena fina (0,05 mm < D < 0,25 mm) % 17,02 LP 24,00

Llim

(0,002 mm < D < 0,006 mm) % 44,64 IP 15,10

Argila

(D < 0,002) % 35,50 Sals solubles4 % 0,20

#20 mm % 100,00 Cont. guix5 %SO4Ca.2H2O <0,30

#2 mm % 97,00 Inflament lliure6 % 0,90

#0,40 mm % 97,00 Arsènic mg/kg 28,00

#0,08 mm % 85,00 Cadmi mg/kg 0,19

pH 7,60 Coure mg/kg 51,000

MO1 % 1,20 Crom total mg/kg 22,00

Nitrogen total % 0,12 Mercuri mg/kg 0,10

Relació C/N 5,72 Níquel mg/kg 38,00

Potassi mg/kg 79,00 Plom mg/kg 40,00

Fòsfor mg/kg 2,63 Zinc mg/kg 136,00

CBR2 % 3,70 Cianurs totals mg/kg <0,60

Per avaluar si els metalls es troben en el sediment per sobre dels índexs naturals, és a dir,si el sediment és un material contaminat, es realitza una comparativa amb els VIE-A.

L’analítica efectuada permet dir que el sediment presenta contaminació baixa-moderada percoure, zinc i arsènic.

Per tant, per avaluar la validesa d’aquest sediment per ser utilitzat en obra civil o paisat-gisme s’ha de realitzar una validació ambiental a més d’una validació tècnica.

Curiositats | 167


168 | Curiositats

Desembassament, exposicióde sediments i fases inicials dela investigació mitjançantsondeigs lleugers per amostratge i analítica.Aspecte dels diferents tipus desediments exposats (miners iposteriors), tal com esdescriuen en el text.


Curiositats | 169

Estudi sedimentològic per al’atribució estratigràfica de lesdiverses capes a les diferentsetapes de rebliment de la presa. L’estratigrafia és clauper al disseny de mostratge iper a l’establiment de lareutilització de cada partidasedimentària. Perfils per a lacubicació del sedimentpresent en cada sector.


170 | Curiositats

Inici de l’excavació del materialque s’ha de dragar. Horitzonsexposats. Bassa dedeshidratació mitjançant la qual es va guanyar terreny plaen el rebliment d’un tàlveg.

Aspecte de detall delssediments i de la sevaestratificació: nivells orgànics.


Curiositats | 171

Deshidratació de materials eneres d’assecatge: en poquessetmanes es produeixenreduccions volumètriques del60%.

Estat previ de l’esplanadaper a apilament temporal iestat actual de l’apilament desediments, amb els punts demostratge marcats al costatdel dic de contenció.


1. Aspecte general d’un sectordel futur parc.

172 | Curiositats

4. Reutilització del sediment com a sem per a l’adequació dedeterminades zones del parc Meaztegi Berdea

Des d’inicis de 2001, Basoinsa treballa per a la societat foral Meaztegi en diversos pro-jectes de recuperació ambiental de la Zona Minera de Biskaia, entre els quals hi ha l’as-sessoria hidrogeologicoambiental per a un correcte enfocament en aquests camps de larecuperació ambiental que donarà lloc al futur Parc Meaztegi Berdea.

Com ja es va exposar anteriorment, una de les iniciatives possibles és la d’utilització delssediments estudiats per a la formació d’un substrat edàfic millorat (SEM) fàcilment exten-sible sobre els sòls pobres resultants de les explotacions mineres (fotografies d’ 1 a 3).

A més, altres millores per introduir en el sediment per convertir-lo en SEM podrien ser lessegüents:

- Correcció de la granulometria mitjançant l’addició d’arena, fins i tot potser provinentd’una altra activitat industrial com a residu no perillós, rebuig o subproducte (escò-ries, etc.).

- Homogeneïtzació del contingut en matèria orgànica (variable almenys entre 1,2% i9%) mitjançant la barreja de diferents partides de sediment.

- Control de la deshidratació reduint el contingut en humitat als estàndards habitualsper a un fàcil maneig i un correcte rendiment com a SEM sota la terra vegetal.

- Control analític periòdic dels lixiviats generats naturalment in situ.

- Seguiment de l’evolució bacteriològica comprovant la desaparició dels compo-nents fecals amb la maduració actual del sediment recollit i cobert, i la posterior oxi-genació i remoció abans d’estendre’l.

- Si calgués, estudis complementaris sobre el comportament bacteriològic a mitjà illarg termini.

Aquest SEM podria actuar com a nexe edafològic entre el sòl actual argilosorrenc ambabundants graves i saturat d’humitat (vegeu fotografies d’1 a 3) i la terra vegetal seleccio-nada que s’estendria com a topsoil per a la revegetació.


Fotografies 2 i 3. Estat actualdel sòl en algunes de les zonesque es pretén millorar: escàshoritzó vegetatiu, saturació enhumitat, presència d’enderrocminer, etc.

Actualment s’estan identificant les zones on caldria estendre el SEM amb major o menorgruix segons les característiques hidrològiques i hidrogeològiques de cada zona, tipus desubstrat actual, risc erosiu, etc. Igualment, es tindrà en compte l’adequació paisatgísticade cada zona i la idoneïtat o no del SEM per ser estès als voltants d’àrees protegides comara el domini públic hidràulic en general i les tolles inventariades en el Pla territorial secto-rial de zones humides de la CAPB en particular.

Curiositats | 173

Fangs semiestèrils com asubstrat de les antigues bassesmineres convertides avui enaiguamolls per renaturalitzacióespontània. Les actuacions enaquestes zones hauran de seracurades i adequades a larestricció d’usos existent.


La gestión de fangosde las EDAR


La problemática en lagestión de fangosJoan MataDepartamento de Ingeniería Quí-mica. Universidad de [email protected]

La cantidad de fangos producidosen Europa, en España y en Cata-luña se ha ido incrementando enlos últimos años. Gran parte deeste incremento se ha producido amedida que se ha ido implantadola Directiva 91/271/EEC que obli-ga a la depuración de las aguasresiduales. El proceso de depura-ción de aguas residuales produceuna gran cantidad de fangos. Así,dependiendo del tipo de reactor yde las condiciones de operación,más de la mitad de la demandaquímica de oxígeno (DQO) de lasaguas se traslada a los fangos y,hasta que no se encuentre un des-tino adecuado para gestionarestos fangos, no se debería con-siderar finalizado el proceso dedepuración en una estación depu-radora de aguas residuales(EDAR). De esta manera, se debetener en cuenta que una plantamoderna de tratamiento de aguasresiduales genera aproximada-mente 30 kg de fangos secos porpersona y año. En consecuencia,actualmente se generan más de8 millones de toneladas anualmen-te en Europa (en el mundo, más de30 millones), mientras que enEspaña y Cataluña la generaciónsupera las 1,5 y 0,15 t/a, respec-tivamente. Por otro lado, hay queañadir que, además, en España,esta cantidad casi se ha dobladodesde el 1998, principalmentedebido al gran número de instala-ciones que han entrado en servi-cio en los últimos años.

Según la conocida jerarquía parala gestión de cualquier residuo, enuna primera instancia hay que mini-mizar esta generación. En el casode los fangos, las opciones paracumplir este requisito son más biencomplicadas, y a corto plazo no seprevé que la cantidad de fangosproducidos disminuya. Por ejem-

plo, una opción de minimizaciónes la utilización de la tecnologíaanaeróbica aplicada directamentea las aguas residuales, lo que sehace actualmente en países delárea tropical y subtropical, peroque también se podría llevar a caboen países del área mediterránea(Mata, 2005). Naturalmente, opcio-nes de esta naturaleza, que impli-can un cambio hacia una tecnolo-gía poco conocida en este ámbito,son complicadas de llevar a caboy sólo pueden tener viabilidad ennuevas instalaciones o en renova-ciones de las antiguas. Aún así,hay otras opciones para alcanzarun cierto grado de minimización delos fangos generados en unaEDAR, como por ejemplo la aplica-ción de unas buenas prácticas deoperación en la planta de depura-ción. Al margen de las posibilida-des de reducción, son muchas lasopciones que hay para gestionar lagran cantidad de fangos produci-dos. Estas opciones se puedenclasificar en tres grandes grupos:

a) Aplicación en agricultura, des-pués de varios tratamientos, des-de el más básico, que sería unadeshidratación (tratamiento insu-ficiente en muchas legislaciones),hasta el más completo, que com-prende una digestión anaerobia yun compostaje. Si la distancia esgrande y no se hace compostaje,la secuencia sería una digestiónanaerobia (opcional) seguida deuna deshidratación y un secadotérmico.

b) Aprovechamiento térmico des-pués de un secado, que compren-de varias opciones comentadasmás adelante y en varios artículosde este ejemplar de la revista yque van desde la combustión enincineradoras dedicadas (exclusi-vas para los fangos) hasta el apro-vechamiento térmico en cemen-teras.

c) Destino en depósito contro-lado después de varias opciones,desde la más básica, que es unadeshidratación, hasta la más com-pleta, que sería un compostaje,pasando por un biosecado térmi-

co. Tal y como se discute condetalle en el marco jurídico de estenúmero (artículo de Ruiz de Apo-daca), la opción de vertido endepósito está sujeta a restriccio-nes cada vez más severas en lalegislación actual.

La tabla 1 (ver página 12) mues-tra de manera simplificada estasposibilidades y, añade, como com-plemento, para Cataluña, España yEuropa, los porcentajes medios, agrandes rasgos, de las tres desti-naciones más importantes.

Como se puede ver, el PlanNacional de Lodos de Depurado-ra (PNLD), publicado el 2001(PNLD, 2001), ha alcanzado enciertos aspectos sus objetivospara el 2007, excepto en el apar-tado de valorización energética enel marco español, a causa, princi-palmente, del déficit de infraes-tructuras para este fin. Los datospara Cataluña se comentan eneste mismo número de la revista,en el artículo específico del res-ponsable de la gestión de fangosde la Agencia Catalana del Agua.

La figura 1 (ver página 13) mues-tra gráficamente las diversas apli-caciones comentadas. Como sepuede observar, el secado térmicoes una opción que se utiliza comopaso intermedio para las opcionesmayoritarias de aplicación agríco-la, de valorización térmica y de ver-tedero. Eso es porque las distan-cias desde el punto de generaciónde fangos hasta su punto de apli-cación hacen que sea viable. Adi-cionalmente, el depósito de fan-gos líquidos en vertedero estáseveramente limitado y, por otrolado, para una valorización térmi-ca se necesita un mínimo de mate-ria seca para el proceso que sepuede cifrar alrededor del 33%(Furness et al., 2000). Debido aldecreto de cogeneración, actuali-zado hace pocos años (RD436/2004), en España la opciónde secado ha sido muy aplicada yse ha hecho atractiva desde elpunto de vista económico.

El biosecado o compostaje grisde los fangos de depuradora es

177


una técnica poco utilizada, por lacual el calor que desprenden lasreacciones biológicas aeróbicaspropias de la etapa de fermenta-ción del compostaje, y que pro-vocan la consecución de tempera-turas en el intervalo termófilo(superiores incluso a los 70 °C), seaprovechan para el secado. Es unproceso paralelo al biosecado rea-lizado en ciertas plantas de trata-miento de residuos sólidos urba-nos (RSU): la fracción resto de losRSU (es decir, la que resulta deseparar en origen la materia orgá-nica) es secada biológicamente,como una etapa previa a su valo-rización térmica, por ejemplo enforma de cantidad diaria recomen-dada (CDR) (Sugni et al., 2005).En el biosecado, comentado másadelante (ver el artículo de Saña),no se llega propiamente a la esta-bilización de la materia orgánica,ya que el proceso queda frenadopor las altas temperaturas y la fal-ta de humedad. Hay que añadirque el biosecado de fangos sepuede llevar a cabo también demanera combinada con la fracciónresto de RSU (o de otros residuosno aprovechables), para obtenercombustibles secundarios. En talcaso se podría hablar de uncocompostaje gris.

Las opciones de valorizaciónenergéticaLa valorización energética se pue-de hacer a través de varias opcio-nes, todas precedidas de una eta-pa de secado térmico (ver elartículo de Cazurra donde se des-cribe detalladamente esta opera-ción). Básicamente, las más utiliza-das son:

- La incineración en instalacio-nes dedicadas exclusivamente alos fangos.

- La coincineración en instalacio-nes de termovalorización de RSU.

- La coincineración en fábricasde cemento.

La utilización de los fangos comocombustible secundario en plantaspara producir energía eléctrica pre-senta el inconveniente directamen-

te relacionado con el bajo podercalorífico de los fangos, lo quereduce el rendimiento de la planta.Este inconveniente también se daen las plantas de incineración deRSU, pero los objetivos no soncoincidentes con las centraleseléctricas. Aún así, es una opciónque, por ejemplo en Alemania,está bastante extendida: este país,con una producción de fangossecos superior a los 2,4 millonesde toneladas anuales, valoriza tér-micamente más de la mitad deesta cantidad, tal y como muestrala tabla 2 (ver página 14). Como sepuede observar, la destinación encentrales termoeléctricas es lamás utilizada.

Al margen de las ya comenta-das, hay otras opciones de valori-zación térmica incipientes, o pocodesarrolladas, como por ejemplola gasificación, que se revisaextensamente en un artículo espe-cífico en esta revista.

La incineración eninstalaciones dedicadas exclu-sivamente a los fangosLa incineración en instalacionesespecíficas para los fangos dedepuradora es un sistema de eli-minación rápido y sistemático quecontribuye a la producción deenergía (pese al bajo poder calorí-fico de los fangos) y, por lo tanto,a la consecución de los objetivosde reducción de las emisiones deCO2. Por otro lado, también redu-ce considerablemente el volumenoriginal (hasta un 10%) y destruyelos compuestos orgánicos tóxicosque hay en los fangos. Se debetener en cuenta que la composi-ción química de los fangos secosde depuradora digeridos (67% C,5% H, 25% O y 0,8% S) es similara la del carbón marrón, pero supoder calorífico inferior es másbajo: de 8 a 12 MJ/kg frente de los21 para el carbón (Stasta et al.,2006). De esta forma, para que nose necesite la ayuda de combus-tible externo, es necesario que lamateria seca del fango supere el33% (Furness et al., 2000). A efec-

tos ilustrativos, la figura 2 (ver pági-na 15) muestra la variación delpoder calorífico inferior (PCI) con elcontenido de agua del fango.

La valorización en el mundocerámicoAl margen de las ya comentadas,también hay otras tendencias devalorización, como pueden ser lautilización de los fangos en la fabri-cación de ladrillos huecos. Duran-te el proceso de cocción de laspiezas, los compuestos orgánicosse destruyen y se crean poros enel lugar donde estaban. Eso haceque tengan unas buenas propie-dades como aislantes térmicos.Por otro lado, los componentesinorgánicos, incluyendo todos losmetales, quedan inmovilizadosdentro de de la matriz cerámica yse comportan como componentesinertes.

Otras valorizacionesTambién se ha estudiado en ellaboratorio la conversión a carbónactivo, mediante microondas y áci-do sulfúrico, para usarlo comoabsorbedor en la misma planta.Los resultados son satisfactoriosen comparación con los carbonesactivos comerciales (Serra, 2004).Esta opción, que hoy en día tieneuna difícil viabilidad económica,puede pasar a ser una alternativaque habrá que considerar depen-diendo de los costes asociados alas otras opciones. En este senti-do, en el apartado siguiente secomenta el caso de la oxidaciónhúmeda como ejemplo de trata-miento inicialmente descartadopor los costes y que actualmentese está volviendo a estudiar.

Algunas tendencias europeasLa valorización energética de fan-gos es una opción que está to-mando fuerza en ciertos países deEuropa. La demanda de produc-tos agrarios de cariz biológico concertificación de su camino (traza-bilidad) aumenta, y la presión so-bre la utilización de productos bio-lógicos como abonos es cada día

178


más alta. Eso hace que haya unatendencia legislativa, en especialen los países centroeuropeos, adesviar las prácticas de recupera-ción vía agricultura hacia la recupe-ración energética como únicaalternativa al vertido, que prácti-camente casi ha desaparecido enestos países. Se puede observar,por ejemplo, el caso de la Confe-deración Helvética, que por ley haprohibido el uso agrícola de loslodos. La evolución en los últimosaños se refleja en la tabla 3, don-de se puede ver que la opciónagrícola se ha reducido drástica-mente, igual que la opción del ver-tido.

(Ver tabla 3 en página 16)Una tendencia similar se obser-

va en Austria, donde, según datosde 2005, se producen más de260.000 t MS/año. Tal y comomuestra la tabla 3, la opción agrí-cola se ha reducido hasta el 12%,mientras que la tendencia al apro-vechamiento térmico va enaumento. Vista la situación y lastendencias de mercado en estospaíses, se han desarrollado tec-nologías para el aprovechamientodel fósforo de las cenizas. Estecomponente puede representarhasta el 20% en peso de las ceni-zas, y la recuperación de nutrien-tes puede comportar, al mismotiempo que beneficios ambienta-les, incluso beneficios económi-cos (Hermann, 2006).

Otro caso que encaja en estatendencia es el de la provinciaautónoma de Trento, al norte deItalia. La figura 3 (ver página 16)muestra la evolución en los últi-mos veinte años de las opcionespara gestionar los fangos produci-dos en esta región. Como se pue-de ver, la aplicación agrícola se hamantenido en valores del 20%, yúltimamente ha empezado un des-censo debido a la actual legisla-ción italiana. Por otro lado, se hapasado de un uso del 100% de laopción de vertido a un 0% actual-mente, y ha aumentado paralela-mente la opción de valorizacióntérmica (Nardelli, 2006). Como

consecuencia, los costes de trata-miento se han elevado enorme-mente y, a fecha de publicaciónde este artículo, ultrapasan los 600euros por tonelada seca (unos 200por el transporte y unos 400 por eltratamiento). Eso ha hecho queopciones inicialmente descartadasse planteen nuevamente, entreellas la oxidación húmeda, quepuede pasar a ser competitiva, yestá en fase de construcción unaplanta piloto para estudiar detalla-damente este tratamiento (ver lafigura 4 en la página 17 donde semuestra un esquema de lo quesería el proceso).

Hay que tener en cuenta, sinembargo, que la aplicación al sue-lo en zonas donde la desertifica-ción va en aumento se deberíaconsiderar prioritaria. En este sen-tido, las futuras legislaciones euro-peas deberían considerar estassituaciones y, si es preciso, hacerlas distinciones oportunas paraacercarse más a la realidad geo-gráfica y ambiental de los diferen-tes países. La recuperación decarbono y nutrientes por parte delsuelo no es banal y, además, esmucho más económica que lasotras alternativas. Se debe tenercuidado, sin embargo, de que elfango tenga la calidad adecuada yreducir a un mínimo los fangosprovenientes de EDAR tratandoaguas de cierto carácter industrial.Como se comenta en el artículode digestión anaeróbica, este tra-tamiento puede contribuir a la eli-minación de sustancias inadecua-das ajustándose a losrequerimientos legislativos. Porotro lado, hay que desdramatizarlos problemas derivados del con-tenido en los fangos de sustan-cias provenientes de productosfarmacéuticos o cosméticos, lla-mados genéricamente en el mun-do anglosajón PPCP (pharmaceu-tical and personal care products),porque no están demostradosefectos adversos para los huma-nos (Carballa, 2004). También hayque tener en cuenta que estosproductos, absorbidos por su

carácter, en general hidrofóbico ylipofílico, en los fangos, son bio-transformados durante los proce-sos anaeróbicos, tal y como secomenta más extensamente eneste mismo ejemplar de la revista,en el artículo dedicado a la diges-tión anaeróbica. En el artículo deesta revista sobre digestión anae-róbica se discuten más detallada-mente estos aspectos.

Será necesario, pues, que laUnión Europea tenga en cuenta lasituación de los países del sur,donde la problemática del suelono entiende de hipotéticos ries-gos, a pesar de que en los paísesnórdicos, con suelos grasientos,no tengan ninguna clase de pro-blema y prefieran enmiendas yabonos de tipo biológico con unorigen conocido y certificado. Eneste sentido, habrá que ver lo quese dice en la próxima directivaeuropea. De hecho, la anterior(86/278/EEC) favorecía la utiliza-ción agrícola de los fangos deEDAR y regulaba su aplicaciónpara minimizar los riesgos asocia-dos. Desde hace años, se está enespera de la salida de una nuevadirectiva, que la debe sustituir, ydurante este tiempo han circuladoborradores, el más conocido delaño 2000, que restringía muchomás la aplicación en el suelo agrí-cola y que finalmente se retiró.Ahora parece que, finalmente, enel 2007, saldrá esta nueva directi-va que definirá y concretará lascondiciones para este destino delos fangos.

Para concluirHay que decir, finalmente, quegestionar correctamente los fan-gos de una estación depuradoraes un problema complejo para elcual no hay una solución óptimauniversal, y que la elección entre lavalorización térmica o agrícola de-penderá de varios factores. Inclu-so se deben tener en cuenta losefectos indirectos y los de largoplazo que puedan influir en la cali-dad del suelo, o, por ejemplo, quela valorización energética haga dis-

179


minuir la atención hacia una pro-ducción de fangos de calidad, esdecir, sin contaminantes tipo meta-les pesados o microcontaminantesorgánicos, ya que para la solución«térmica» las exigencias –en cuan-to a la calidad del producto deentrada– son mucho menores.Como consecuencia, se puedeperder la oportunidad de reciclaren el suelo cantidades importantesde carbono y nutrientes y, indirec-tamente, influir de manera negati-va en la calidad del agua que salede la depuradora.

Por supuesto, pues, hace faltauna aproximación integral al pro-blema considerando todas las con-secuencias ambientales de cadapaso en el tratamiento de la corres-pondiente vía de valorización. Laelección de una opción concretapara la gestión de fangos condicio-na el tipo de tratamiento que sedebería aplicar en el fango. Porejemplo, si la cadena de tratamien-tos es digestión anaeróbica, deshi-dratación, transporte, valorizacióntérmica en una cementera, no que-da suficientemente justificada laetapa de depuración de aguas,dado que el aprovechamientoenergético se puede producir demanera óptima en la cementera.En concreto, el poder caloríficopasa de los 17,5 MJ/kg de mate-ria seca antes de ser digeridos, alos 10,5 después de la digestión(Serra, 2004). Por otro lado, tam-bién cabe pensar donde ubicar elsecado y considerar todos los fac-tores ambientales a la hora deseleccionar el proceso de valoriza-ción (monocumbustor, cemente-ras o centrales térmicas próximas,por ejemplo). Por desgracia, notodas las EDAR han consideradoestas interrelaciones entre la ges-tión y el tratamiento escogido y hayque hacer un esfuerzo quizá regla-mentario para evitar y corregir en loque sea posible este problema.

BibliografíaBERG, U.; SCHAUM, C. (2005). Reco-very of phosphorous from sewagesludges and sludges ashes. Appli-

cations in Germany and NorthernEurope. I Ulusal Aritma CamurlariSymposium ACS 2005. CARBALLA, M.; OMIL, F.; LEMA, J. M.;LLOMPART, M.; GARCÍA-JARESB, C.;RODRÍGUEZ, I.; GÓMEZ, M.; TERNES, T.(2004). «Behavior of pharmaceuti-cals, cosmetics and hormones in asewage treatment plant». WaterResearch, 38, p. 2918–2926.FERASIN, P. (2006). Co-combustionin thermal recovery for MSW inSwitzerland and Germany. InEnergy recovery from sewagesludge. Trento: University of Tren-to, 24 de noviembre. FURNESS, D. T.; HOGGET, L. A.;Judd, S. J. (2000). «Thermochemi-cal Treatment of Sewage Sludge».Journal of the Chartered Institu-tion of Water Environment andManagement, 14, p. 57-65.HERMANN, L. (2006). Sludge com-bustion in dedicated plants: Theaustrian experience. In Energyrecovery from sewage sludge.Trento: University of Trento, 24 denoviembre.MATA, J. (2005). «Criteris de ladigestió anaeròbia d’aigües resi-duals urbanes: Possibilitats ilímits». II Jornades Tècniques deGestió d’Estacions Depuradoresd’Aigües Residuals. (Sistemes desanejament i medi ambient. Reu-tilització planificada de l’aigua).Barcelona: Agència Catalana del’Aigua, enero de 2005.NARDELLI, P. (2006). Present situa-tion and strategies in the ProvinciaAutonoma de Trento. In Energyrecovery from sewage sludge.Trento: University of Trento, 24 denoviembre. PNLD (2001). «Plan Nacional deLodos de Depuradora». BoletínOficial del Estado, núm. 166 (12julio 2001). Resolución de 14 dejunio de 2001. «Real Decreto 436/2004, de 12 demarzo, del Ministerio de Econo-mía». Boletín Oficial del Estado,núm. 75/2004 (27 marzo 2004).SERRA, E. (2004). Adsorbents apartir de fangs biològics excedentsde depuradora mitjançant l’aplica-ció de microones: Estudi d’obten-

ció, caracterització i aplicació enfase líquida. Universitat de Girona.Tesis doctoral. ISBN 84-689-0619-0STASTA, P.; BORAN, J.; BEBAR, L.;STEHLIK, P.; ORAL, J. (2006). «Ther-mal processing of sewage sludge».Applied Thermal Engineering, 26(13), p. 1420-1426.SUGNI, M.; CALCATERRA, E.; ADANI, F.(2005). «Biostabilization–biodryingof municipal solid waste by inver-ting air-flow». Bioresource Tech-nology, 96 (12), p. 1331-1337.

180


Marco jurídico en Españay en la Unión Europea dela gestión de lodos deEDARÁngel Ruiz de Apodaca EspinosaDepartamento de Derecho Admi-nistrativo. Universidad de Navarra

En este artículo se desarrolla el mar-co jurídico-normativo a nivel comu-nitario y estatal de los lodos dedepuradora. Salvo en lo que serefiere a su aplicación agraria, nohay una regulación directa de loslodos, pero buena parte de la nor-mativa ambiental le afecta de mane-ra indirecta especialmente en lo quese refiere a la regulación de sus des-tinos y su adecuada gestión.

Origen del problemaLa efectiva implantación por partede todos y cada uno de los Esta-dos miembros de la UE de la Direc-tiva 91/271/CE, de saneamiento ydepuración de aguas residuales,ha agudizado notablemente el pro-blema planteado por la gestiónadecuada de los lodos de EDAR.Ello es debido a que esta Directivaha obligado a prácticamente todaslas aglomeraciones urbanas de laUE a dotarse antes del año 2005de sistemas colectores que recojansus aguas residuales urbanas y deestaciones depuradoras que lassometan a un tratamiento adecua-do. Entramos así en la conocidadinámica «problema - solución -nuevo problema», ya que logramosdepurar una de las principales fuen-tes contaminantes de las aguas (losvertidos de aguas residuales) paragenerar cantidades ingentes de unnuevo residuo, los fangos de depu-radora.

Con arreglo al concepto jurídicode residuo que han dado las dife-rentes directivas comunitarias deresiduos y el Catálogo Europeo deResiduos (CER), podemos afirmarsin lugar a dudas que los lodos deEDAR son residuos. Dentro de lalista europea de residuos estableci-da por la Decisión 2000/532/CE,de 3 de mayo (modificada por laDecisión 2001/118/CE, de 16 de

enero de 2001), transpuesta anuestro ordenamiento jurídico por laOrden MAM 304/2002, de 8 defebrero, se enumeran dentro de lacategoría 19 los «residuos de lasinstalaciones para el tratamiento deresiduos municipales, lodos del tra-tamiento de aguas residuales urba-nas, con contenidos en metalespesados inferiores a los estableci-dos en el Real Decreto 1310/1990»(19 08 05), los «lodos procedentesdel tratamiento biológico de aguasresiduales industriales, que no con-tienen sustancias peligrosas» (1908 12) y los «lodos procedentes deotros tratamientos de aguas resi-duales industriales, que no contie-nen sustancias peligrosas» (19 0814).

Ninguna duda cabe, por tanto,de que el régimen jurídico y losprincipios de la política de residuosson aplicables a los fangos proce-dentes del proceso de depuración.Dado que el lodo de depuradora esun residuo, es necesario determi-nar qué soluciones caben darse asu crecimiento exponencial y cómoel derecho ha entrado a regularestos posibles destinos de loslodos de EDAR.

Tanto la reciente Directiva2006/12/CE, de 5 de abril, «mar-co» en materia de residuos, comola Estrategia comunitaria de resi-duos establecen en cuanto a losmodos de gestión una jerarquía.En primer lugar, debe hacerse loposible por aplicar el principio deprevención, es decir, aminorar lageneración de los lodos tantocuantitativa como cualitativamente.Evidentemente, en materia delodos de EDAR la reducción cuan-titativa no se puede realizar debidoa la efectiva implantación de la cita-da normativa de depuración. Alcontrario, la generación de estosresiduos aumentará considerable-mente. La jerarquía de los residuospretende poner la prevención y lareutilización de los residuos al fren-te de las opciones de gestión. Enel caso del tratamiento de aguasresiduales, actualmente es imposi-ble aplicar un proceso de depura-

ción eficaz sin producir lodos. Laopción subóptima es, por consi-guiente, la reutilización. El aprove-chamiento en terrenos agrícolas esla salida natural para los lodos dedepuradora porque así se cierranlos ciclos de nutrientes. Sin embar-go, en muchos estados miembrosexiste una permanente suspicaciarespecto de la utilización en terre-nos agrícolas de residuos, engeneral, y de lodos, en particular.En el caso de los lodos, esta sus-picacia no se basa en pruebascientíficas, sino que se alimenta delgran número de alertas que hantenido lugar en el sector agroali-mentario en los últimos años.

De acuerdo con el actual proyec-to de Plan Nacional de Calidad delas Aguas, Saneamiento y Depura-ción (2006-2015) en España segeneran aproximadamente1.300.000 toneladas/año de lodosde EDAR.

Por lo tanto, debe optarse porformas de valorización de esteresiduo o de su eliminación sinriesgo. La Directiva 2006/12/CEincluye entre las formas de valori-zación el «tratamiento de los sue-los, produciendo un beneficio a laagricultura o una mejora ecológicade los mismos» (R 10) y «la utiliza-ción principal como combustibleo como otro medio de generarenergía» (R 1).

Las diferentes formas de valori-zación de lodos cuya regulaciónveremos son:

a) Su aprovechamiento agrícola ocomo enmienda del suelo.

b) La incineración con aprove-chamiento energético.

c) Su utilización como biomasa ocombustible en procesos deobtención de energía.

En cuanto a las formas de elimi-nación, éstas son el vertido y suincineración sin aprovechamientoenergético.

El Plan Nacional de Lodos deDepuradora y sus objetivosincumplidosEl Consejo de Ministros, median-te acuerdo de 1 de junio de 2001,

181


aprobó el Plan Nacional de Lodosde Depuradoras de Aguas Resi-duales 2001-2006.

Con este Plan aún vigente sepretendía proteger el medioambiente y especialmente la cali-dad del suelo gestionando ade-cuadamente los lodos, así como ellogro de los siguientes objetivosecológicos:

a) Reducción en origen de lacontaminación de los lodos.

b) Caracterización de los lodosgenerados en España, antes de2003.

c) Valorización de al menos el80% de los lodos, antes de 2007,de esta manera:

- Valorización en usos agrícolasdel 25% de lodos, previamentecompostados, antes de 2007.

- Valorización en usos agrícolasdel 40% de los lodos tratados ana-eróbicamente o sometidos a otrostratamientos, antes de 2007.

- Valorización energética del 15%de los lodos, antes de 2007.

Correcta gestión ambiental del100% de las cenizas de incinera-ción de lodos.

d) Reducción a un máximo del20% de los lodos depositados envertedero, antes de 2007.

e) Creación de un sistema esta-dístico y bases de datos sobrelodos y su gestión.

Para conseguir estos objetivos, elmarco normativo previo y posteriorque se ha articulado en nuestroordenamiento en torno a los lodosde depuradora es el siguiente:

El aprovechamiento agrícola ocomo enmienda del suelo ocomo destinoEl destino de los lodos de EDARque hasta el momento ha sidoobjeto de una regulación específi-ca es el de su aprovechamientoagrario. En principio, parece unade las salidas más adecuadaspara este residuo orgánico, másaún en países como España, dón-de, en general, los suelos sonpobres en materia orgánica. Noobstante, a la hora de su aplica-ción deben adoptarse determina-

das cautelas que, en todo caso,deben ser tenidas en cuenta paraevitar cualquier efecto nocivosobre el medio ambiente o sobrela salud de las personas. Esas pre-cauciones, esos límites necesariosde salvaguarda y la articulación decontrol e inspección respecto a sucumplimiento, es lo que establecela correspondiente regulación. Sedestaca que el vertido de lodos enlos terrenos agrícolas es una prác-tica que debe llevarse a cabo conespecial precaución para la pro-tección del medio ambiente y lasalud y, por tanto, debe estar suje-ta a normas muy rigurosas.

Por ello, pese a tratarse de laopción más deseable, es objetode numerosas limitaciones esta-blecidas por la misma normativaespecífica de lodos de aplicaciónagrícola y por otras normas cola-terales que reducen las posibilida-des de su aplicación al suelo.

La regulación directa de esta for-ma de valorización de los lodos serealizó desde instancias comunita-rias mediante la Directiva86/278/CEE, de 12 de junio, trans-puesta a nuestro ordenamientomediante el Real Decreto1310/1990, de 29 de octubre,desarrollado a su vez por la OrdenMinisterial de 26 de octubre de1993. Esta regulación directa deorigen comunitario establece lími-tes a la aplicación de lodos deEDAR con fines agrícolas, basán-dose en dos parámetros: losmetales pesados y el pH de lodosy suelos. Su objetivo es regular laaplicación de lodos de depurado-ra en la agricultura, a fin de evitarefectos nocivos en los suelos, enla vegetación, en los animales yen el ser humano. En estas dispo-siciones se establece la obligaciónde que todo lodo antes de ser apli-cado sea previamente tratado, loscultivos y períodos de prohibiciónpara su aplicación, los valores lími-te máximos de metales pesadosen suelos y lodos en función delpH de ambos, obligaciones demuestreo y análisis para, por últi-mo, establecer la existencia de un

registro de lodos en el que se decuenta de la producción de lodos,características y destinos.

Desde hace años se ha puestode manifiesto la necesidad dereformar la Directiva europea enesta materia en el sentido de esta-blecer unos límites más estrictos encuanto a metales pesados y deaumentar los controles sobre suaplicación. Por ello, y con el fin deaumentar la confianza en los con-sumidores, la Comisión tiene pre-visto realizar una revisión completade las disposiciones de la Directiva86/278/CE, con el objeto de garan-tizar un alto nivel de protección delmedio ambiente y de la salud de laspersonas. Tanto la Comunicaciónde 8 de marzo de 2000 relativa a«Políticas y medidas de la UE parareducir las emisiones de gases deefecto invernadero: Hacia un pro-grama europeo sobre el cambioclimático» (PECC), como el actualPrograma de Acción de la Comu-nidad Europea en Materia deMedio Ambiente, Medio ambiente2010. El futuro está en nuestrasmanos (VI Programa de MedioAmbiente) dentro de la Estrategiade uso sostenible de los recursosnaturales y gestión de los residuos,prevén entre sus acciones la revi-sión de la Directiva sobre los lodosde depuradora.

Los documentos de trabajo queviene manejando la ComisiónEuropea desde hace años con elfin de modificar la Directiva prevénestablecer, además de límites másestrictos en cuanto a metalespesados, valores límite para com-puestos orgánicos y dioxinas con-tenidas en los lodos.

De momento, en España lascompetentes para velar por laefectiva aplicación de la normativaen vigor en materia de lodos deEDAR son, lógicamente, las comu-nidades autónomas. No obstan-te, son muy pocas las que hancreado su propio registro de lodos(Andalucía, Castilla y León, Madridy Canarias), y únicamente laComunidad de Madrid, a travésdel Decreto 193/1998, de 23 de

182


noviembre, ha realizado un desa-rrollo normativo de la regulaciónbásica estatal procedente de latransposición de la Directivacomunitaria.

La regulación directa en cuanto ala aplicación agrícola de lodos esla citada. No obstante, hay otrasdisposiciones que regulan indirec-tamente esta forma de valoriza-ción de los lodos. Esta regulaciónindirecta está constituida por lassiguientes disposiciones:

a) En primer lugar, la normativade protección de las aguas frentea la contaminación de nitratosprocedentes de fuentes agrarias.Esta normativa también tiene suorigen en una directiva comunita-ria, en concreto la Directiva91/676/CE, de 12 de diciembre,incorporada a nuestro ordena-miento mediante el Real Decreto261/1996. Esta Directiva obligabaa los estados miembros a aprobaren una serie de plazos los códigosde buenas prácticas agrarias y adesignar las zonas vulnerables atal contaminación. Pues bien, estacompetencia corresponde, enEspaña, a las comunidades autó-nomas, aunque su retraso costóuna condena del Tribunal de Jus-ticia de las Comunidades Europe-as (TJCE) por incumplimiento. Enla actualidad, todas las comunida-des autónomas han aprobado susrespectivos códigos de buenasprácticas agrarias y designado laszonas vulnerables. En estos códi-gos se hace referencia a limitacio-nes específicas a la aplicación delodos de EDAR a la agriculturadependiendo del tipo de cultivo,lugar y época del año.

b) En segundo lugar, la profusanormativa comunitaria de fertilizan-tes y afines no hace referenciaalguna a los lodos de EDAR yaque no se refiere a los fertilizantesorgánicos. Este conjunto de direc-tivas tiene como finalidad eliminarbarreras a su comercio, armoni-zando contenido, composición,envase y etiquetado. El RealDecreto 824/2005, sobre produc-tos fertilizantes, excluye expresa-

mente de su ámbito de aplicaciónlos lodos de depuradora. En él sepresta una especial atención adeterminados fertilizantes, particu-larmente a los que utilizan materiasprimas de origen orgánico. Sesometen a reglamentacionesespecíficas, a los efectos de suconocimiento por parte de lasautoridades competentes enmateria de vigilancia y control ypor todos los interesados en gene-ral, y se establece la obligatoriedadde su inscripción en el Registro deProductos Fertilizantes que, a talefecto, se crea en sustitución delanterior Registro de Fertilizantes yAfines.

Por tanto, no quedan excluidostotalmente los lodos de depura-dora, ya que dentro de los ingre-dientes que pueden formar partede determinados fertilizantes seprevén los residuos orgánicos bio-degradables definidos en su Ane-xo IV entre los que se encuentrancitados tales lodos. No se especi-fica en qué proporción máximacomo hacía la ahora derogadaOrden de 28 de mayo de 1998que establecía un máximo del 35%de lodos en compost.

Para estos productos fertilizantesconstituidos, total o parcialmente,por residuos orgánicos biodegra-dables, el Real Decreto estableceque deberán cumplir, además, losrequisitos que se definen en elAnexo V, que detalla los valoresmáximos de microorganismos yde metales pesados.

c) En tercer lugar, un límite mása la utilización del lodo comoenmienda del suelo o fertilizante loconstituye la, a mi juicio, injustifica-da exclusión del sistema de eco-etiqueta comunitaria aplicable a lasenmiendas del suelo. Mediante laDecisión de la Comisión2006/799/CE, de 3 de noviembre,se establecieron los criterios eco-lógicos para la concesión de laecoetiqueta a las enmiendas delsuelo y los sustratos de cultivo. Enel Anexo de la citada Decisión sedetallan los requisitos que debenreunir para concederles la ecoeti-

queta (límites de metales pesados,carga de nutrientes, requisitos desanidad y seguridad). No obstan-te, el mismo Anexo apostilla que«los productos no deben conte-ner lodos de depuradora». Por lotanto, se establece una tajanteexclusión de la concesión de laecoetiqueta a los productos quecontengan lodos. Exclusión inex-plicable, más aún cuando la mis-ma Decisión citada remite a laDirectiva 86/278/CE en cuanto alos métodos de prueba y análisis.Si la finalidad de esta Decisión esla conformidad de estas enmien-das del suelo a los requisitoscomunitarios de salud, seguridady medio ambiente, lo lógico es quese hubiesen incluido los lodos dedepuradora con determinadascaracterísticas.

d) Siguiendo con las limitacionesa la aplicación agraria de lo-dosde depuradora, la Directiva 2004/35/CE, de 21 de abril, relativa a laresponsabilidad en relación con laprevención y reparación de dañosmedioambientales, ahora pendien-te de transposición, también hacereferencia a la aplicación de loslodos de EDAR. En concreto, esta-blece que la misma se aplicará alos daños medioambientales cau-sados por alguna de las activida-des profesionales enumeradas enel Anexo III entre las que se inclu-yen «las actividades de gestión deresiduos, como, por ejemplo, larecogida, el transporte, la recupe-ración y la eliminación de residuosy residuos peligrosos». En eseapartado relativo a los residuos, elmismo Anexo III, prevé que «losEstados miembros podrán decidirque dichas operaciones no inclu-yan la aplicación de lodos dedepuración procedentes de esta-ciones depuradoras de aguas resi-duales urbanas, tratados hasta unnivel aprobado, con fines agríco-las». Habrá que esperar la transpo-sición de la citada Directiva parasaber si tales actividades de apli-cación agrícola de lodos de EDARse encuentran o no dentro delámbito de la aplicación de la nor-

183


mativa relativa a la responsabili-dad por daños ambientales. Demomento, el Anteproyecto de Leyde 20 de octubre de 2006, prepa-rado por el Ministerio de MedioAmbiente, no incluye la aplicaciónagraria de lodos de depuradoradentro del ámbito de aplicación dela futura ley de responsabilidad pordaños ambientales.

e) Por último, una posible limitaciónmás a la aplicación al suelo de estetipo de residuos puede venir consti-tuida por la regulación que la Ley deResiduos 10/1998, de 21 de abril,ha realizado de los suelos contamina-dos en sus artículos 27 y 28. Estaregulación establece la obligación dedescontaminar los suelos por partede los causantes y subsidiariamentepor los poseedores no propietarios ypor los propietarios no poseedores. Elreciente Real Decreto 9/2005, de 14de enero, desarrolla los citados artí-culos de la Ley de Residuos y esta-blece los parámetros o estándares ycriterios por los que un suelo puedeser declarado como suelo contami-nado y la lista de actividades poten-cialmente contaminantes. Entre lasactividades potencialmente contami-nantes se citan las estaciones depu-radoras de aguas residuales urba-nas. La aplicación de lodos podríaser una de esas actividades designa-das como potencialmente contami-nantes. En principio, si se tratase delodos con un alto contenido en meta-les pesados no habría duda algunade su potencial efecto contaminante.No obstante, pueden citarse normassobre suelos contaminados de otrosEstados miembros de la UE queexcluyen la posibilidad de considerarla aplicación al suelo de lodos deEDAR como potencialmente conta-minante (Alemania y Suecia). Desdeluego, no parece muy lógico que laaplicación de lodos a la agricultura oal suelo pueda ser considerada comouna actividad potencialmente conta-minante de los suelos, siempre quese apliquen dentro de los límites per-mitidos a los que hemos hecho refe-rencia. En primer lugar, porque yaexiste una normativa y unos contro-les previos que garantizan la aplica-

ción de lodos al suelo sin riesgo parala salud y el medio ambiente y, ensegundo lugar, porque si a la reticen-cia existente a la aplicación de lodosa la agricultura se añadiesen los con-troles que lleva anejos la calificaciónde una actividad como potencial-mente contaminante, acabaríamoscon la posibilidad de valorizar agríco-lamente o como enmienda del sueloeste residuo.

A pesar de no poder considerar-se como actividad potencialmentecontaminante de los suelos, la apli-cación agrícola de lodos de depu-radora levanta no pocos recelos.Así, el Dictamen del Comité de lasRegiones de 13 de febrero de2003, relativo a una estrategiatemática para la protección delsuelo, señala que la Directiva sobrelodos de depuradora no logra pre-venir todos los efectos perjudicia-les sobre el suelo, ya que el controlse centra en la prevención de lacontaminación de los suelos y lapropagación de enfermedades. Eluso de lodos, especialmente cuan-do van acompañados por otrosagentes –como, por ejemplo, losfertilizantes orgánicos e inorgáni-cos–, puede resultar en la eutrofi-zación del suelo. En la actualidad,la Directiva no controla otros resi-duos utilizados en las tierras delabranza, como lodos proceden-tes de la industria papelera, resi-duos de alimentos, desechos decal, yesos o compost, los cualespueden ocasionar contaminación ypropagar enfermedades si no segestionan de la manera adecua-da.

La incineración de los lodos.Aprovechamiento energéticoprimado por la regulación de lasenergías renovablesUna de las salidas tradicionales delos lodos de EDAR la constituye suincineración, bien como forma deeliminación o como forma de valo-rización siempre y cuando se pro-duzca un aprovechamiento ener-gético. Según estudios recientes,actualmente en la UE se incineranaproximadamente 2,5 millones de

toneladas de lodos de EDAR, can-tidad que, sin duda, en un futuropróximo irá en aumento comoconsecuencia de las circunstan-cias ya conocidas: la prohibiciónde vertido de lodos al mar o aaguas continentales, el aumentoen su generación como conse-cuencia de la citada Directiva 91/271/CE, la limitación de su depó-sito en vertederos tal y como esta-blecen la Directiva 99/31/CE y elReal Decreto 1481/2001 que latranspone a los que más adelantenos referiremos y la imposibilidadde poder aplicar a la agriculturaaquellos lodos que no cumplan lasprescripciones establecidas por lanormativa relativa a la aplicaciónde lodos al suelo. La práctica de laincineración afecta cada vez mása los residuos orgánicos (de resi-duos urbanos y lodos de depura-ción), a pesar de que los recientesestudios científicos y las conclusio-nes de las conferencias sobre elcambio climático de Bonn y Marra-kech hayan destacado la impor-tancia de las prácticas de com-postaje con el fin de «retener»grandes cantidades de carbonoen el suelo.

La regulación de la incineraciónde los lodos de EDAR se encuen-tra en las normas que han venidoregulando la incineración de resi-duos. Todas ellas son normas queoriginariamente provienen de pre-vias directivas comunitarias, si bienel Real Decreto 38/1975, quedesarrolló la Ley 38/1972 de Pro-tección del Ambiente Atmosféri-co, ya contenía previsiones res-pecto a la incineración de lodosde EDAR.

La incineración de residuos sereguló a nivel comunitario con laDirectiva 2000/76/CE, de 4 dediciembre, que establece una regu-lación única para la incineración deresiduos peligrosos y no peligro-sos, incluyendo lógicamente dentrode su ámbito de aplicación loslodos de EDAR. Esta Directiva esta-blece unas estrictas condicionesde operación y requisitos técnicospara las plantas incineradoras de

184


residuos. Asimismo, fija valores lími-te de emisión con el fin de obtenerreducciones en las emisiones decontaminantes clave como, porejemplo, partículas totales, óxidosde nitrógeno, dióxido de azufre,derivados del cloro y metales pesa-dos. Como novedad más impor-tante, se fijan valores límite en laemisión de dioxinas y furanos,extremo éste que las anterioresdirectivas de incineración de resi-duos municipales no contenían. Encuanto a la incineración como for-ma de valorización, ésta requierede una serie de requisitos para dife-renciarla de la incineración comoforma de eliminación. En el asuntoComisión/Alemania (sentencia de13 de febrero de 2003), el Tribunalde Justicia Europeo estableció tresrequisitos para determinar si la uti-lización de residuos como com-bustible constituye una operaciónde valorización con arreglo al epí-grafe R 1 del Anexo II B de la Direc-tiva 75/442. En primer lugar, la fina-lidad esencial de la operación a laque se refiere esta disposición debeser la producción de energía. Ensegundo lugar, la energía generadapor la combustión de los residuosy recuperada debe ser superior a laconsumida durante el proceso decombustión y una parte del exce-dente de energía generado poresta combustión debe ser utilizadoefectivamente, bien inmediatamen-te, en forma de calor producido porla incineración, bien tras su transfor-mación, en forma de electricidad.En tercer lugar, debe consumirsela mayor parte de los residuosdurante la operación y debe recu-perarse y utilizarse la mayor partede la energía generada.

La Directiva de incineración deresiduos fue transpuesta a nuestroordenamiento a través del RealDecreto 653/2003, de 30 demayo, por el que se establecen lasestrictas condiciones de incinera-ción de residuos, ya sea como for-ma de valorización o de elimina-ción de residuos.

Otra de las regulaciones queafecta directamente a los lodos de

EDAR es la referida al régimen dela producción de energía en régi-men especial, cuando este residuoes empleado como combustiblepara la generación de electricidad.En concreto, el Real Decreto661/2007, de 25 de mayo, por elque se regula la actividad de pro-ducción de energía eléctrica enrégimen especial, es decir, la pro-ducida por recursos o fuentes deenergías renovables, residuos ycogeneración. Esta norma ubicadentro de su ámbito de aplicaciónla denominada biomasa residual,en la que incluye los lodos deEDAR, ya sean empleados comocombustible principal o no, el bio-gás generado en procesos dedigestión anaerobia y la cogenera-ción en instalaciones de tratamien-to y reducción de lodos. Las con-secuencias de que los lodos deEDAR se incluyan en el ámbito deaplicación de este Real Decretoson principalmente de contenidoeconómico, ya que la energía pro-ducida a partir de ellos va a ser pri-mada respecto del precio medio alque se vende la energía vertida a lared. Es el denominado régimen deprimas. En resumen, este RealDecreto 436/2004 trata de garan-tizar la viabilidad de las instalacio-nes que producen energía partien-do de energías renovables, no sóloreconociendo la posibilidad devender la totalidad de la energíaeléctrica producida, sino, además,fijando un sistema de incentivosmediante primas a este régimensin, en principio, límite temporal.Nos encontramos, por tanto, anteun posible destino más de loslodos de EDAR consistente en suvalorización como combustiblepara generar energía y fomentarlaeconómicamente. Quedan cues-tiones por resolver como, porejemplo, la duración de estas pri-mas a la generación de energíaeléctrica y si el coste de la pro-ducción de la misma es sosteniblesin la ayuda estatal.

El vertedero como destino delos lodosUno de los destinos tradicionalesde los lodos lo ha constituido suvertido en vertederos de residuosurbanos previa deshidratación.Según datos de la Comisión Euro-pea, se está operando una reduc-ción de este destino, lo que no escasual. Esto es consecuencia de lareciente Directiva 99/31/CE, rela-tiva al vertido de residuos, más vul-garmente conocida como Directi-va de vertederos, transpuesta anuestro ordenamiento por el RealDecreto 1481/2001, de 27 dediciembre. Esta normativa limita eldestino a vertedero de los lodospor las previsiones que a conti-nuación se detallan:

a) La exigencia de que todo resi-duo destinado a vertedero seapreviamente tratado.

b) La inadmisión de residuoslíquidos; tal previsión obliga a quetodo lodo que quiera destinarse aun vertedero haya de ser previa-mente deshidratado mediantecualquiera de los sistemas habi-tualmente empleados a tal efecto.

c) Los ambiciosos objetivos dereducción de materia orgánica(residuos biodegradables) de losresiduos destinados a vertedero.Sin duda, el hecho de que estanorma obligue a reducir en un 25%la fracción orgánica biodegrada-ble depositada en vertederos parael 2006 con respecto al año 1995,porcentaje que aumenta al 50%para el año 2009 y al 65% para elaño 2016, supondrá necesaria-mente una reducción de la canti-dad de lodos de EDAR destina-dos a vertedero.

d) La eliminación mediante verti-do es la última opción en la jerar-quía de gestión de residuos. Antesde enviar un residuo a vertedero,habrá que procurar si es posibledarle otra salida tal como su apro-vechamiento agrícola o su valoriza-ción energética. En principio, úni-camente debieran ir a vertederoaquellos lodos que no han podidoser aprovechados ni agrícolamen-te, ni como enmienda orgánica de

185


suelos, ni como compost, ni comobiomasa, ni los lodos de los que seha podido obtener algún aprove-chamiento.

Destinos prohibidos a los lodos.Los vertidos ilegalesPor último, queda hacer una bre-ve referencia a los consideradospor el ordenamiento jurídico comodestinos prohibidos a este residuoconcreto.

Otra de las salidas habituales alos lodos ha sido su vertido en elmar o en aguas continentales. Sinembargo, la protección del mediomarino y de las aguas continenta-les ha sido objeto de numerosostratados internacionales y directi-vas comunitarias, destacandoentre éstas últimas la Directiva2006/11/CE, relativa a la contami-nación causada por determinadassustancias peligrosas vertidas almedio acuático de la Comunidad.Por lo que a los lodos de EDAR serefiere, la prohibición de su vertidofue establecida por el artículo 14de la Directiva 91/271/CE, que fijóa partir del 31 de diciembre de1998 la supresión de estos verti-dos en aguas de superficie ya seadesde barcos, conducción portuberías o cualquier otro medio. ElReal Decreto-Ley 11/1995 quetranspuso la citada Directiva inclu-yó sin excepción esta prohibición.

Por consiguiente, cualquier verti-do de lodos realizado en aguas desuperficie, ya sean marítimas o con-tinentales, es considerado comovertido ilegal y, en consecuencia, leserán de aplicación las correspon-dientes sanciones. De realizarse elvertido en aguas de dominio públi-co hidráulico, será de aplicación elcuadro de infracciones y sancionescontenido en el texto refundido dela Ley de Aguas. Por el contrario, sieste vertido se realiza en aguasmarítimo-costeras el régimen san-cionador aplicable será el conteni-do en la Ley de Costas y en la Leyde Puertos y de la Marina Mercan-te, dependiendo de si los vertidosse realizan de tierra al mar o desdebuques al mar.

En los demás casos en que elvertido de lodos de EDAR sea rea-lizado en otros medios que nosean las aguas marítimas o conti-nentales, el régimen sancionadoraplicable será el contenido en laLey de Residuos para el vertidoilegal de residuos.

Asimismo, yendo al extremo máspunitivo, en aquellos supuestos enque una disposición inadecuada eilegal de este residuo pusiera engrave peligro el medio ambiente ola salud de las personas podría lle-gar a ser constitutivo del ampliotipo que recoge el artículo 325 delCódigo Penal relativo a los delitoscontra el medio ambiente.

En resumenSe trata de un tema en el que sepone de manifiesto la dinámicaambiental de problema - solución- nuevo problema. De la solución alproblema de la contaminación delas aguas como consecuencia delvertido de sustancias contaminan-tes se deriva un nuevo problemaambiental en forma de residuo: loslodos de depuradora. Un nuevoproblema al que es necesario daruna salida medioambientalmenteaceptable, y de ahí que las dife-rentes normas que regulan el reci-clado, la valorización y eliminaciónde los residuos hagan alusionesdirectas o indirectas a este tipo deresiduo orgánico. Este residuoconstituye un reto inmediato al queno sólo la técnica, sino también elderecho ambiental debe dar unarespuesta regulando los destinosmás adecuados al mismo, siemprecon el fin de que se gestionen sinponer en peligro el medio ambien-te y la salud de las personas.

BibliografíaALENZA GARCÍA, J. F. El sistema dela gestión de los residuos sólidosurbanos en el derecho español.Madrid: MAP-BOE, 1997.ALVAREZ CARREÑO, S. El régimenjurídico de la depuración de lasaguas residuales urbanas. Madrid:Montecorvo, 2002.

EMBID IRUJO, A. «Los serviciospúblicos del agua: su problemáti-ca jurídica con atención especial alabastecimiento y la depuración delas aguas residuales». Revista Ara-gonesa de Administración Públi-ca, núm. 9 (diciembre 1996).ESTEVE I CAIRETA, L. L’administracióde sanejament a Catalunya. Gene-ralitat de Catalunya. Departamentde Medi Ambient, 1998. GARRIDO DE LAS HERAS, S. Regula-ción básica de la producción ygestión de residuos. Madrid: Con-femetal, 1998. GÓMEZ PALACIOS, J. M.; RUIZ DE

APODACA, A.; REBOLLO, C.; AZCÁ-RATE, J. «European policy on bio-degradable waste: a managementperspective». Water, Science andTechnology, núm. 46 (2002). RUIZ DE APODACA ESPINOSA, A. Dere-cho ambiental integrado: la regula-ción de los lodos de depuradora yde sus destinos. Madrid: Civitas,2001.«La regulación de los suelos con-taminados». Revista de GestiónAmbiental, núm. 40 (2003). SANTAMARÍA ARINAS, R. J. El régi-men jurídico de los vertederos deresiduos. Madrid: Civitas ,1998. SETUAÍN MENDÍA, B. «Apuntes siste-máticos sobre el régimen jurídicode los lodos de depuradora: apor-taciones de la Ley sobre Preven-ción y Control Integrado de la Con-taminación». Revista Aranzadi deDerecho Ambiental, núm. 3 (2003).

186


La gestión de lodos enCatalunyaMarc Moliner i RafaJefe de la Unidad de Biosólidos. Agencia Catalana del Agua

Producción de fangoEl tratamiento del agua residualurbana es competencia de laAdministración pública, según elDecreto Legislativo 3/2003, de 4de noviembre, por el que se aprue-ba el texto refundido de la legisla-ción en materia de aguas de Cata-luña.

La depuración consiste en laseparación del agua de los sóli-dos, la materia orgánica y, engeneral, la carga contaminante, lascuales pasan a formar parte delfango o lodo. Así pues, la genera-ción del fango es intrínseca a losprocesos de depuración del aguaresidual. Consiguientemente, lagestión del fango forma parte delconjunto de actuaciones necesa-rias para el saneamiento del aguaresidual a partir de la cual se hagenerado.

La producción de fango es,pues, el resultado de la actividadhumana, y su cantidad y calidaddependen directamente del aguaresidual a partir de la cual se gene-ra, que, al mismo tiempo, es pro-ducto del conjunto de hábitos dela población a la que se da servi-cio. Concretamente, se estima unaproducción entre 40 y 160 g demateria seca (MS) de fango porhabitante y día.1

Adicionalmente, los procesos dedepuración también influyen en lacantidad y las características delfango.

Un factor importante que sedebe considerar en relación conla gestión del fango de depuraciónes el elevado contenido de aguadel material. Los sistemas deespesamiento de las estacionesdepuradoras de agua residual

(EDAR) logran sequedades delfango que habitualmente están pordebajo del 5%. Así, el contenidode agua del fango espesado essuperior al 95%. La gestión delfango en estas condiciones es difi-cultosa y los costes asociados asu transporte y a su disposiciónson muy elevados.

Para mejorar la gestión del fango,se reduce el contenido de aguadel material mediante procesosmecánicos de deshidratación –lle-vados a cabo en la misma EDARdonde se genera el fango o enEDAR próximas. Mediante la des-hidratación mecánica –filtros ocentrífugas, mayoritariamente– selogran sequedades del fango entreel 20% y el 35%. Una vez deshi-dratado, el fango presenta unanaturaleza pastosa y se puedetransportar en contenedores ocamiones provistos de volquete.

Gestión de fangoCondicionantes que afectan lagestión del fango

La gestión del fango está some-tida a varios condicionantes queestán en constante evolución.Estos condicionantes son:

- Legales- Técnicos- Ambientales o energéticos- Logísticos- Coyunturales- Económicos o financieros

LegalesHay abundante normativa relativaa las diferentes vías de gestión delfango, de una parte de la cual seremarca la incertidumbre de laevolución (en contenido y plazosde aplicación).

En términos generales, hay queseñalar el hecho de que variosestudios realizados han conclui-do que la valorización agrícola delfango de depuración es la vía degestión óptima del material, cuan-

do sea posible. Esta vía se consi-dera mucho más adecuada queotras destinaciones que histórica-mente se han adoptado para elfango (concretamente la disposi-ción en vertedero y el vertido en elmar).2

El establecimiento de la valoriza-ción agrícola como destinaciónprioritaria del fango de depuraciónse recoge en varias normativas ydirectrices de ámbito comunitario–VI Programa de Acción de laComunidad Europea en materiade Medio Ambiente, Medioambiente 2010. El futuro está ennuestras manos– y estatal –PlanNacional de Lodos de Depurado-ras de Aguas Residuales. 2001-2006 (PNLD), aprobado por elConsejo de Ministros en una reu-nión el 1 de junio de 2001.

El mencionado criterio coincidecon la normativa relativa a residuosde ámbito europeo, estatal y cata-lán (Ley 10/1998, de 21 de abril,de residuos; Ley 15/2003, de 13de junio, de modificación de la Ley6/1993, de 15 de julio, reguladorade los residuos), que establece lajerarquía siguiente para la gestiónde los residuos:

- Minimización- Valorización- Disposición del desecho (verte-

dero e incineración)Concretamente, la Ley 15/2003,

de 13 de junio, de modificación dela Ley 6/1993, de 15 de julio, regu-ladora de los residuos, concreta lajerarquía como sigue:

a) La prevención y la minimiza-ción de los residuos y de su peli-grosidad.

b) La reutilización de los residuos.c) La recogida selectiva de los

residuos.d) El reciclaje y otras formas de

valorización de los residuos.e) La valorización energética de

los residuos.f) La disposición del desecho.

187

1. Concretamente, la media de la generación de fango en Cataluña durante el 2005 fue de 56 g MS/hab./día.

2. Prohibido por la Directiva 91/271, transpuesta a la legislación española en el Real Decreto Ley 11/1995.


g) La regeneración de los suelosi de los espacios degradados.

La valorización agrícola del fangose incluye en el reciclado y otrasformas de valorización, y esta ges-tión se sitúa por delante de la valo-rización energética, la incineracióndel fango y su disposición endepósitos controlados.

Sin embargo, hay que señalarque la valorización agrícola delfango no es posible en todos lospaíses de la UE. Concretamente,varios estados disponen de nor-mativa específica que limita o im-pide la aplicación del fango enprovecho de la agricultura comopráctica de gestión.

TécnicosRepresentan condicionantes técni-cos el estado del arte de las tec-nologías existentes de tratamientode fangos y la evolución de la cali-dad y cantidad de los fangos quese debe procesar.

La destinación del fango estáestrechamente condicionada porsu calidad y por el tipo de trata-miento al que ha sido sometido elmaterial. Hay que considerar quela cantidad y la calidad del fangodependen directamente de la can-tidad y la calidad del agua que sedepura (concretamente su cargacontaminante).

Ambientales o energéticosSe refieren a las directrices básicasen materia ambiental, en relacióncon las rutas completas de gene-ración-tratamiento-eliminación.

CoyunturalesEntre otros, se detallan los condi-cionantes coyunturales siguientes:

a) Aceptación socialb) Coste de la energía (energía

eléctrica y gas natural)c) Coste depósito controladod) Oferta gestión privadaLa aceptación social está fuerte-

mente ligada al impacto ambientaly a las molestias (olores, ruidos…)generados por los sistemas degestión.

Al mismo tiempo puede haber

rechazo de sectores concretos adeterminadas soluciones de ges-tión del fango. Por ejemplo, esconocida la oposición social que seconfigura frente a las tecnologíasde incineración de residuos. Dehecho, durante los últimos años, seha extendido una sensibilizacióngeneral contraria a la implantaciónde instalaciones de tratamiento ydisposición de residuos, que difi-culta muy sensiblemente el desa-rrollo de la actividad relativa a lagestión de residuos, en general, yde fango, en particular.

El coste de la energía condicionanotablemente la gestión del fango,principalmente aquellos sistemasde tratamiento con un importantecomponente energético asociado(especialmente, secados térmicos).

Se pone de relieve la existenciade una notable oferta de gestiónprivada del fango que permitereducir las inversiones que deberealizar la Agencia Catalana delAgua (ACA) y las obligaciones aso-ciadas a la existencia de contratosde explotación.

Se remarca la incertidumbre de laevolución de los condicionantescoyunturales.

LogísticosSe refieren principalmente a lascondiciones de almacenamiento,transporte y distribución de losfangos en cada una de las etapasconsideradas: generación, trata-miento y eliminación o destinación.

Económicos o financierosResulta obvio que el coste eco-nómico de los sistemas que hayque implantar y utilizar constituyeuno de los principales condicio-nantes que se deben considerara la hora de planificar la gestióndel fango.

Se refieren explícitamente a losparámetros económicos de cadatecnología –inversiones, costes deoperación y mantenimiento, eco-nomías de escala...– y a los costesasociados a las diversas opcionesde eliminación.

Estrategia histórica deactuación en CataluñaSobre la base del marco legalvigente, la ACA ha planificado y hallevado a cabo la gestión del fangode depuración de aguas residualesurbanas. Concretamente, la ges-tión del material se ha basado enlas directrices siguientes:

- Reducción de la producción defango –en producción y contenidode agua– y adecuación del mate-rial a sus destinaciones finales.

- Aplicación en provecho de laagricultura del fango apto paraesta destinación.

- Reducción de la aplicación delfango destinado a depósito con-trolado.

- Estudio y adquisición de expe-riencia de varios sistemas de ges-tión del fango.

Reducción y adecuación del fangoLa reducción de la producción delfango se lleva a cabo mediantevarias actuaciones:

- Control de los vertidos indus-triales en la red de saneamientode agua urbana.

- Reducción y estabilización de lamateria orgánica del fangomediante la implantación en lasEDAR de sistemas de aeración ydigestión.

- Implantación de sistemas dedeshidratación mecánica concapacidad para tratar la totalidaddel fango generado en Cataluña ymejora continua de los sistemasexistentes para reducir la cantidadde agua que hay que gestionarcon el fango.

- Implantación de plantas depostratamiento de fango (secadostérmicos y compostajes).

Las actuaciones anteriores tam-bién tienen un efecto de adecua-ción del fango a su destinaciónfinal, para permitir que la gestiónse realice en mejores condicionesy a un coste económico reducido.

Aplicación en provecho de la agri-culturaLa aplicación del fango de depu-ración en provecho de la agricultu-

188


ra está regulada por el Real Decre-to 1310/1990, de 29 de octubre,por el que se regula la utilizaciónde los fangos de depuración en elsector agrario.

La mencionada normativa fija loscriterios de aptitud del fango paraser aplicado en provecho de la agri-cultura según sus características ylas del suelo donde se aplicará.Concretamente, se establecen: 1)los umbrales máximos de contami-nantes –concretamente metalespesados–; 2) el tratamiento al quedebe haber sido sometido el fango,y 3) las condiciones para la aplica-ción a determinados cultivos.

El Real Decreto 1310/1990 indi-ca que «la valorización agrícola delfango permite su incorporación alos ciclos naturales y de energía.Se logra, así, un doble beneficio,ambiental y agrario, consecuen-cia, por una parte, de su elimina-ción sin alteración relevante delequilibrio ecológico, y por la otra,del efecto que se deriva de su apli-cación en nuestros suelos, queobservan una acelerada y preocu-pante disminución de su conteni-do en materia orgánica con la grancantidad de problemas asociadosa este hecho».

En el caso de Cataluña, se haconstatado una excelente acep-tación de la utilización del fangoen la agricultura de producción.

Al mismo tiempo, la utilización defango como abono permite evitarel uso de fertilizantes químicos,hecho que comporta notablesbeneficios energéticos y ambienta-les.

A través del estudio de variosejemplos reales y de simulacionesde aplicación de fangos a largo pla-zo, se puede demostrar que emple-ando fangos con índices mediosde contaminantes –elementospotencialmente tóxicos y microcon-taminantes orgánicos– a dosis cal-culada sobre la base de criteriosagronómicos, aparecen muchoantes razones de tipo agronómicoque hacen desaconsejable el usode los fangos –casi siempre índicesexcesivos de P-Olsen– que limita-

ciones de tipo medioambiental–normativa sobre acumulación deEPT y de contaminantes orgánicos.Así, se determina que la primera –ymejor– medida de protección delos suelos es la utilización del fan-go bajo los principios de la gestiónde la fertilidad del suelo.

Desde hace años está abierto unproceso de elaboración de unanueva normativa para el estableci-miento de nuevos criterios para lavalorización agrícola del fango dedepuración en el marco de la UniónEuropea. Como resultado de esteproceso, se ha redactado el docu-mento Working document on slud-ge, 3r Draft, ENV.E.3/LM (Bruselas,27 de abril de 2000), que incorpo-ra, además de los umbrales demetales pesados, el establecimien-to de limitaciones para diversosmicrocontaminantes orgánicos, asícomo la presencia de microorganis-mos patógenos. La aplicación de lamencionada normativa en los térmi-nos actualmente establecidos con-dicionaría notablemente la actualgestión de los fangos en provechode la agricultura en Cataluña. Sinembargo, el borrador de la norma-tiva en cuestión está en fase de dis-cusión desde el año 2000 y no sedispone de información relativa alos plazos de su aprobación ni delas modificaciones que se incorpo-rarán.

Con el fin de adecuar el materiala las mejores condiciones para suvalorización agrícola, la ACA hapromovido la implantación devarias plantas de compostaje defango, cinco actualmente.

Reducción de la aplicación del fan-go destinado a depósito controla-doEl principal objetivo de la gestióndel fango en Cataluña ha sidoreducir al mínimo posible la canti-dad de fango destinada a depósi-to controlado. Este objetivo se haconcretado en dos líneas deactuación:

- Evitar la destinación a vertede-ro de fango apto para su aplica-ción en provecho de la agricultura.

- Reducir la masa de fango noapto para la valorización agrícola,mediante la implantación de plan-tas de secado térmico de fangocon capacidad suficiente para eltratamiento del fango que se des-tina a vertedero. Mediante el seca-do térmico se logra la eliminaciónde la práctica totalidad del aguacontenida en el fango. Con la men-cionada actuación se reduce elvolumen de depósito utilizado, asícomo los costes de gestión.

Estudio y adquisición de experien-cia de varios sistemas de gestióndel fangoCon el objetivo de disponer deconocimiento directo de nuevossistemas de gestión de fango ypoder diversificar las líneas de tra-tamiento, durante los últimos añosse han realizado diversos estudiosde envío del fango a las destinacio-nes siguientes –algunos de loscuales se han acompañado deexperiencias prácticas–: 1) restau-ración de canteras, 2) incorpora-ción en la fabricación de materialesde construcción, 3) valorizaciónenergética en plantas cementerasen sustitución del combustiblehabitualmente empleado, 4) valori-zación energética en centrales tér-micas de producción eléctrica ensustitución del combustible habi-tualmente empleado, y 5) gasifica-ción. (ver gráfico en página 38)

Situación actualProducción y destinosActualmente en Cataluña seencuentran en servicio 330 esta-ciones depuradoras de agua resi-dual urbana.

En el año 2005 se generaron enCataluña 539.000 toneladas defango deshidratado –con unasequedad media del 26,6%, queequivalen a 143.000 t MS/año.

La práctica totalidad del fangogenerado por las EDAR urbanases deshidratado.

Una vez deshidratado, el fangoes enviado a las siguientes desti-naciones: 1) agricultura, 2) plan-tas de postratamiento –secados

189


térmicos y compostajes públicos ocompostajes externos–, y 3) verte-deros.

Para poder ser aplicado en pro-vecho de la agricultura, el fangodebe cumplir los umbrales de con-centración de contaminantes esta-blecidos por la normativa vigente yser tratado. En Cataluña se esta-blece que el fango tratado debehaber sido sometido a un procesode digestión –aeróbica o anaeró-bica– en el EDAR o haber sidocompostado o secado térmica-mente.

Capacidad de postratamientoLas plantas de postratamientologran una reducción de la masa yel volumen del fango mediante lareducción del contenido de agua.En el caso del compostaje tam-bién se produce una reducción dela materia orgánica. Al mismotiempo, el postratamiento del fan-go proporciona la higienización delmaterial.

En las plantas de compostaje serealiza la descomposición biológi-ca, aeróbica y termófila, bajo con-diciones controladas, de una par-te de la materia orgánica contenidaen los fangos. El proceso descritologra reducir la masa y el volumendel fango y permite obtener unproducto (compuesto) estable ehigienizado, apto para su aplica-ción en el suelo.

En las plantas de secado térmi-co se reduce el agua contenida enlos fangos por evaporaciónmediante la aportación de calor.Así, se logra disminuir la masa y elvolumen del fango y obtener unproducto (fango seco) estable yhigienizado, apto para su aplica-ción en el suelo en provecho de laagricultura, en depósito controla-do o como combustible. El calornecesario para el desarrollo delproceso de secado descrito pue-de proceder de calderas o de los

gases de combustión de motoresde generación de energía eléctricaasociados a la planta (cogenera-ción).

Para el tratamiento del fango, enCataluña se dispone de las siguien-tes plantas de titularidad pública:cinco plantas de compostaje–Manresa, Vilaseca, Teià, Blanes yOlot– y nueve secados térmicos–Sabadell, Montornès del Vallès,Banyoles, Besòs, Rubí, Mataró,Granollers, el Prat de Llobregat yVic.

Entre las plantas públicas y lasplantas privadas, se dispone decapacidad para compostar la tota-lidad del fango apto para la agricul-tura que no ha sido sometido a untratamiento de digestión en la mis-ma EDAR.

Se dispone de capacidad paradestinar al secado térmico la tota-lidad de fango no apto para laaplicación en provecho de la agri-cultura.

Hay suficiente superficie agrariaútil en Cataluña para aplicar el fan-go apto para agricultura que hasido secado, digerido y/o com-postado. Como dato indicativo, sehace mención de que el N aporta-do por el fango constituye un por-centaje inferior al 4% del N conte-nido en las deyecciones de lacabaña ganadera de Cataluña.

Destinación finalDurante el año 2005, la cantidadde fango finalmente gestionado–posteriormente a su tratamiento–ascendió a 366.000 toneladas,con una sequedad media del36,9%.3

La distribución de destinacionesfinales del fango (en porcentaje demateria total o fresca) fue lasiguiente:

74% a agricultura o jardinería19% a depósito controlado7% a valorización energética en

cementera

Alrededor del 22% de la materiaseca del fango se destinó fuera deCataluña (con origen en los seca-dos térmicos del Besòs y del Pratde Llobregat). (ver gráficos resu-men en página 41)

Planificación de la gestión de fan-gos en CataluñaDurante los próximos años, estáprevisto que la producción de fan-go de depuración de agua resi-dual urbana en Cataluña se man-tenga estable alrededor de las150.000 t MS/año.

En junio del año 2001 la ACAredactó el Programa de Tratamien-to de los Fangos de las Depurado-ras de Aguas Residuales Urbanas–Programa de Fangos– para pla-nificar la gestión de los fangos enCataluña.

En los últimos años han tenidolugar diferentes cambios en rela-ción con las condiciones de traba-jo en la explotación, gestión y tra-tamiento de los biosólidos, ytambién se han adquirido nuevosconocimientos sobre su compor-tamiento según el tipo de trata-miento.

Estas variaciones afectan sensi-blemente a las determinacionestécnicas del Programa de Fangosredactado en el año 2001. Consi-guientemente, se ha convenido enla necesidad de efectuar una revi-sión del Programa de Fangos paracontribuir a la optimización técni-ca, ambiental y económica de lagestión de los fangos generadosen los procesos de depuración delas aguas residuales urbanas deCataluña.

Con la mencionada finalidad,desde finales del año 2005 se haniniciado los trabajos de elabora-ción del nuevo Programa de Fan-gos.

La definición del marco de actua-ción tiene un componente admi-nistrativo y político definitivo, el cual

190

3. Hay que hacer constar que se considera como destinación final las plantas de compostaje privadas, en las que el fango es some-

tido a un proceso de estabilización y reducción de masa, para ser finalmente adscrito en provecho de la agricultura o jardinería.


supera las competencias de laACA. Así, es necesario el compro-miso y la implicación directa de losdiferentes ámbitos de la adminis-tración competente en la defini-ción de este marco.

Así, los trabajos de elaboracióndel Programa de Fangos han con-tado con la participación de losdiferentes agentes de la Adminis-tración autonómica directamenteimplicados en la gestión de los fan-gos –ACA, Agencia de Residuosde Cataluña, Dirección General deCalidad Ambiental, DirecciónGeneral de Políticas Ambientales ySostenibilidad del Departamentode Medio Ambiente y Vivienda y elDepartamento de Agricultura,Ganadería y Pesca.

Atendiendo al estado actual y ala futura evolución de los condi-cionantes que afectan a la gestióndel fango y las aportaciones de losrepresentantes de los diferentesámbitos de la Administración par-ticipantes en la elaboración delPrograma de Fangos, se han esta-blecido una serie de criterios quedeben servir de base para suredacción.

El principal objetivo de la gestióndel fango es dotarse de un marcode actuación lo más estable posi-ble y capaz de adaptarse a la evo-lución de los diversos condicio-nantes que le afectan, con costeseconómicos ajustados.

Cabe considerar que las actua-ciones llevadas a cabo en el mar-co del Programa de Fangos debenservir para afrontar de manerafavorable los diferentes escenariosposibles en el futuro. Así, parte delas actuaciones derivadas de esteprograma pueden tener su objeti-vo (más allá de cubrir las necesida-des del presente) en el hecho desituarse en mejores condicionespara hacer frente a la evolución delos condicionantes que afectan a lagestión del fango. Así, hay quetener en cuenta que la implantación

de actuaciones puede tener elefecto contrario al deseado. Con-cretamente, bajo un criterio estric-tamente económico, la implanta-ción de nuevas plantas de secadotérmico de fango basadas en lageneración de calor a partir de lacombustión de gas natural puedederivar en una explotación deficita-ria según cual sea la evolución delprecio del combustible en cues-tión.

De forma general, parece claroque la gestión del fango debebasarse en las premisas siguien-tes:

- Minimización de la generaciónde fango y mejora de su calidadsegún sus destinaciones finales.4

- Máxima diversificación de lasdestinaciones del fango –con el finde adaptarse a la evolución de loscondicionantes que afectan a lagestión del material.

- Reducción de incertidumbres.- Diseño de una solución especí-

fica para el fango generado por lasEDAR del Besòs y del Prat de Llo-bregat.

- Minimización del impacto am-biental y social asociado a la ges-tión.

- Minimización del coste econó-mico asociado a la gestión.

- Aproximación de la gestión alpunto de producción del fangocuando sea posible.

191

4. Mediante la actuación sobre el componente industrial de los efluentes de las EDAR y sobre los procesos de tratamiento del fango.


La gestión municipal delos fangos en ZaragozaAntonio Silva FríasJefe de la Sección de ControlDepuración Aguas Residuales deZaragoza

AntecedentesEl Ayuntamiento de Zaragoza en elámbito de sus competencias vie-ne acometiendo desde hace añoslas actuaciones precisas para ladepuración de las aguas residua-les urbanas de la ciudad, en cum-plimiento de lo que establece laDirectiva 91/271/CEE del Conse-jo, de 21 de mayo, sobre el trata-miento de las aguas residualesurbanas, transpuesta al derechointerno español a través del RealDecreto Ley 11/1995, de 28 dediciembre, y el Real Decreto509/1996, de 15 de marzo, dedesarrollo del anterior.

Como resultado de un granesfuerzo inversor realizado enmuchos casos sin ayuda autonómi-ca ni estatal, nos encontramos en laactualidad con dos grandes esta-ciones depuradoras de aguas resi-duales urbanas en funcionamiento,La Almozara y La Cartuja, que dantratamiento adecuado a la casitotalidad de las aguas residualesoriginadas por las actividades fun-damentalmente domésticas o asi-milables que se producen en el tér-mino municipal de Zaragoza.

Soluciones adoptadas en eltratamiento de fangos Los tratamientos utilizados en ladepuración de las aguas residua-les urbanas dependen fundamen-talmente de los límites al vertidoefluente fijados por la Directiva91/271/CEE. Por consiguiente, lasoperaciones unitarias y los proce-sos de tratamiento de los fangosestán condicionados, en gran par-te, por los tratamientos utilizadosen la línea de agua y responden,generalmente, a clasificacionestípicas, que pueden presentar lige-ras variaciones en función del des-tino final que se pretenda dar a losfangos.

Los fangos extraídos en la depu-ración de las aguas residuales(LD), código CER 190805, estánconstituidos por agua, materiasminerales inertes y material com-bustible (del cual una fracción esmateria volátil, y otra, carbono fijo).

Los fangos procedentes de lostratamientos primario y secundariode la depuración de las aguas resi-duales urbanas presentan un altocontenido en materia orgánica muyputrescible que debe ser estabiliza-da, así como una gran cantidad deagua que debe ser reducida o eli-minada, para lo cual se utiliza prin-cipalmente el espesamiento porflotación o gravedad, y se puedeconsiderar estas operaciones uni-tarias como etapas preparatoriasde los procesos siguientes utiliza-dos en el tratamiento de los fan-gos.

Procesos utilizados en laestabilización de los fangosLa estabilización de la materia orgá-nica contenida en el fango puedellevarse a cabo a través de diversossistemas de tratamiento talescomo: la digestión anaeróbica oaeróbica, la estabilización química,el compostaje en sus diferentesmodalidades, tratamientos térmi-cos (secado o incineración), etc.Todos estos tratamientos permitenobtener un fango más estabiliza-do, con mayor grado de higieniza-ción y, en general, con un menorcontenido en humedad y/o mate-rial biodegradable o un residuomineral inerte en el caso de la inci-neración. En todos los tratamien-tos, los fangos previamente seespesan por flotación o gravedadcon la finalidad de extraer una par-te del agua que contienen, lo queoptimiza y facilita cualquier trata-miento posterior.

En la EDAR de La Almozara, paraestabilizar la materia orgánica delos fangos se utiliza la digestiónanaeróbica (ver figura 1 en página46), que la reduce en torno al 45%y es la fracción más biodegrada-ble, y por lo tanto susceptible deoriginar molestias por malos olores

y/o problemas de insalubridad encaso de no ser eliminada. Dichotratamiento va precedido de unespesamiento por gravedad has-ta alcanzar una sequedad próximaal 5%.

El proceso de estabilización de lamateria orgánica por digestiónanaeróbica se lleva a cabo engrandes tanques llamados diges-tores, donde se desarrollan deter-minadas poblaciones de microor-ganismos que transforman unaparte de la materia orgánica con-tenida en los fangos, hecho que dalugar a una serie de productosestables entre los que predominanel metano y el dióxido de carbono.La principal finalidad perseguidacon este proceso es lograr la elimi-nación de la fracción de la materiaorgánica más fácilmente putresci-ble que, en caso de no ser elimi-nada, daría lugar a problemassanitarios en el vertedero o lugarde empleo del fango. Por otrolado, el porcentaje elevado demetano en el biogás obtenidocomo subproducto de la digestiónhace posible su aprovechamientoenergético (ver figura 2 en página47).

El proceso de digestión anaeró-bica de conformidad con el esque-ma propuesto por Parkin y Owense puede descomponer en tresetapas fundamentales: 1) hidróli-sis, licuefacción y fermentación, 2)formación de hidrógeno y ácidoacético y 3) fermentación de meta-no; etapas realizadas por cincogrupos bacteriales principales,cada uno con metabolismo depen-diente de los otros grupos involu-crados en el proceso (ver figura 3en página 47).

Para que el proceso se desarro-lle de forma satisfactoria, es nece-sario que se cumplan una serie decondiciones, entre las cuales lasprincipales son: nutrientes suficien-tes, ausencia de tóxicos inhibido-res y condiciones ambientalesapropiadas (pH aproximadamenteneutro, temperatura adecuada,tiempo de retención suficiente-mente elevado, etc.).

192


En la actualidad, se emplea casiexclusivamente la digestión de altacarga, caracterizada por el mante-nimiento en el interior del digestorde una temperatura del orden de35°C y una buena mezcla paralograr la homogeneidad de su con-tenido. En estas condiciones y contiempos de retención de 15-20días se logra la eliminación de unporcentaje de la materia orgánicadel orden del 40-50%, que resul-ta suficiente para el objetivo bus-cado.

Como consecuencia de esteproceso se produce una ciertacantidad de biogás (0,75-1m3 porkg de materia volátil destruida) y sucomposición media es la siguien-te:

Metano 55-75%Dióxido de carbono 25-45%Nitrógeno 2-6%Hidrógeno 0,1-2%Agua 0,1-1%Sulfuro de hidrógeno 0,1-2%Además existen trazas de otros

componentes tales como amoní-aco, metales pesados, hidrocar-buros, etc.

La presencia de este alto conte-nido de metano en el biogás le pro-porciona un poder calorífico de4.500-6.000 kcal/m3 que puedeser aprovechado en primer lugarpara el calentamiento de los fan-gos que permita mantener en elinterior del digestor una temperatu-ra próxima a los 35 °C. La idea delaprovechamiento del gas de diges-tión para la producción de energíaeléctrica surge cuando se com-prueba que para el calentamientode los fangos es suficiente con un30-60% de su poder calorífico, yexiste un importante exceso deenergía en el biogás. Los principa-les factores que inciden en lanecesidad de calor de los fangosson la concentración con la que elfango es introducido en el digestory el grado de aislamiento térmicodel digestor y la red de tuberías.Evidentemente, la necesidad decalor también varía fuertementecon la estación del año en funciónde la diferencia de temperaturas

entre el interior del digestor, el fan-go fresco y el ambiente.

Cuando el tratamiento de estabi-lización al que se somete el fangoes la incineración (puede conside-rarse como un sistema radical deestabilización de la materia orgáni-ca), lo deseable es que el fangopresente una sequedad adecuaday que contenga el mayor porcen-taje de materia volátil. Para conse-guir la sequedad referida, se utilizala deshidratación mecánica queutiliza el vacío, la fuerza centrífugao una combinación de gravedad,presión y desplazamiento.

Los fangos de aguas residualesurbanas, especialmente los bioló-gicos, se caracterizan por un enla-ce especialmente intenso del aguacon la materia sólida. Por ello, elgrado de deshidratación que pue-de conseguirse por medios mecá-nicos es bastante modesto (entreel 20% y el 40% de sequedad).No obstante, si utilizamos centrifu-gadoras, como en el caso de laEDAR de La Cartuja, la sequedadobtenida normalmente (27%) pue-de ser suficiente para conseguir laautocombustión de los fangos enla incineración en hornos de lechofluido; en otros casos puede noser suficiente y es necesario elsecado térmico de un pequeñoporcentaje (10-15%) del fangopara elevar la sequedad del con-junto mezclado (ver figura 4 enpágina 49).

Para obtener la reducción máscompleta del volumen de fangos,se dispone de dos métodos detratamiento térmico: el secado tér-mico y la incineración de fangos.Ambos métodos reducen drásti-camente el volumen de fangos oresiduos a transportar y a verter.

Las dificultades crecientes paradisponer de vertederos, las mayo-res restricciones aplicadas en lapráctica al uso de los fangos en laagricultura, el fuerte incremento dela producción de fangos por laextensión de la depuración de lasaguas residuales urbanas deacuerdo con Directiva 271/91 (verPlan Nacional de Lodos de Depu-

radora 2001-2006), el incrementosignificativo y continuo de los cos-tos de transporte y de vertido, lanecesidad de reducir la humedady el contenido de materia orgáni-ca que incorporan para ser admi-tidos en los vertederos, y en gene-ral la gestión de los fangos, hacenque la incineración con valoriza-ción energética después de dife-rentes procesos de deshidrataciónmecánica como solución final paralos fangos resulte cada vez másatractiva y necesaria.

Los sistemas de incineraciónestán diseñados para destruir úni-camente los componentes orgáni-cos de los fangos; sin embargo,no es el componente exclusivo, yaque contendrán tanto compues-tos orgánicos combustibles comomaterias minerales inertes no com-bustibles. A través de la destruc-ción de la fracción orgánica y suconversión a dióxido de carbono yvapor de agua, la incineraciónreduce el volumen de los residuosa los componentes inorgánicos nocombustibles, facilita su gestión yreduce la amenaza al medioambiente, ya que los componentesorgánicos incluyen componentespeligrosos. No obstante, resultaconveniente eliminarlos o reducirlosen origen separando las aguasdomésticas y de las industriascompatibles con las urbanas, deaquellos otros vertidos industrialesdifíciles de tratar para su reutiliza-ción, o que necesiten depuradorasespeciales para su correcto trata-miento, a través de un control másriguroso de las autorizaciones devertido a las redes municipales dealcantarillado.

La operación de incineración defangos considerada como un sis-tema radical de estabilización pre-senta inconvenientes importantesque pueden eliminarse o reducirsea niveles tolerables, siempre ycuando se realice respetando elmarco normativo existente, perotambién hay que reconocerle ven-tajas como las siguientes:

- Elimina totalmente el agua y loscompuestos volátiles, y reduce el

193


volumen del fango húmedo delorden del 95%.

- Destruye y reduce a límitesaceptables los compuestos orgá-nicos peligrosos que contienen losfangos y que pueden crear pro-blemas medioambientales.

- Elimina los patógenos congarantía total.

- Permite recuperar energía paraotros usos (ver figura 5 en página50).

Por otra parte, la valorizaciónenergética de los fangos obteni-dos en la depuración de las aguasresiduales urbanas a través de laincineración viene a dar respuestaa la Directiva 91/156/CEE, conoci-da como «Directiva Marco» de resi-duos que establece la obligatorie-dad de los estados miembros defomentar el desarrollo de tecnolo-gías limpias, la valorización de resi-duos mediante reutilización y reci-clado, así como la utilización de losresiduos como fuente de energía.

Sistemas de recuperación deenergíaEl correcto funcionamiento de lossistemas de recuperación de ener-gía es un índice del buen funciona-miento de la estación depuradora.Esto es así porque la recuperaciónde energía se encuentra situada alfinal de una cadena y es necesarioque en los eslabones anteriores(extracción de materia orgánica enla línea de agua y destrucción deesta materia orgánica en la diges-tión anaeróbica y/o combustióncompleta del lodo) se obtenganunos resultados adecuados paraque llegue a producirse el com-bustible que alimenta al motogene-rador (biogás) o el vapor para laturbina que posibilitan la genera-ción de calor y energía eléctrica.

El sistema de recuperación deenergía de la EDAR de La Almoza-ra está constituido por los siguien-tes elementos básicos:

- Una fuente de energía primaria(biogás).

- Un elemento motor (motoralternativo).

- Un sistema de aprovechamien-

to de energía mecánica (alterna-dor).

- Un sistema de aprovechamien-to de energía calorífica (conjuntode intercambiadores).

El biogás producido en el proce-so de estabilización (digestión ana-eróbica) de los fangos extraídosen la depuración de las aguas resi-duales puede ser utilizado indis-tintamente en el grupo motogene-rador, en las calderas para elcalentamiento de los fangos y/oquemado en la antorcha de gassobrante. Funcionando en régi-men normal, el biogás constituyela fuente de energía primaria delmotor alternativo utilizado comoaccionamiento de un alternadorpara la producción de energíaeléctrica. Esta energía eléctrica esconsumida íntegramente en laplanta y en situaciones de paradadel grupo motogenerador pormantenimiento o averías, y el bio-gás es utilizado para producirenergía calorífica mediante un sis-tema de calderas e intercambiado-res que calientan los fangos delproceso de digestión. Estos mis-mos intercambiadores tambiénson utilizados para recuperar ener-gía calorífica en la refrigeración delaceite y en los gases de escapedel grupo motogenerador en sufuncionamiento normal.

El sistema de recuperación deenergía lleva funcionando ininte-rrumpidamente desde la puestaen marcha de la estación depura-dora en el año 1989. Durante esteperiodo, se han producido un totalde 18.766.262 kWh, lo que repre-senta el 51,78% del total de ener-gía eléctrica consumida en estetiempo.

A continuación se facilitan algu-nos datos interesantes correspon-dientes al año 2006:Fango digerido y deshidratado

5.826,75 toneladasHumedad del fango deshidratado

> 75%Porcentaje de aplicación agrícola

100%Biogás utilitzado en la generación

763.718 m3

Riqueza de metano 65%Energía eléctrica producida

1.787.100 kWhEnergía comprada a Endesa

573.330 kWhEnergía total consumida por laEDAR 2.360.430 kWhPorcentaje generado 75,71%

En la EDAR de La Cartuja se uti-liza un ciclo de vapor convencionalpara producir energía eléctrica através del proceso siguiente:

Vaporización del agua que serealiza en la caldera de vapor, quees, básicamente, un sistema conagua a presión que absorbe calorhasta que pasa a fase vapor.Generalmente el vapor se sobre-calienta y pasa por el circuito deuno o más sobrecalentadores,situados en la trayectoria de losgases de combustión.

Desde la caldera, el vapor a altapresión y a alta temperatura seconduce hasta la turbina de vapor,donde se expande y produce ener-gía mecánica. En la turbina se pue-de realizar extracciones de vapor, yse conduce de nuevo hasta la cal-dera donde el vapor sufre un reca-lentamiento para ser posteriormen-te introducido en los siguientescuerpos de la turbina. Existen otrasextracciones en la turbina que seconducen a los precalentadores delagua de alimentación.

Como es conocido, el rendimien-to térmico del ciclo de Rankineaumenta con la disminución de lapresión de salida de la turbina; porello el vapor atraviesa un conden-sador, que es un dispositivo derefrigeración donde el vapor secondensa a baja presión. La con-densación se realiza introduciendoagua fría a presión en el conden-sador, a la que se obliga a circularpor unos serpentines de refrigera-ción.

El agua de condensación a lasalida del condensador se llevanormalmente a torres de refrigera-ción donde se enfría para recircu-larla nuevamente hacia el conden-sador. El agua resultante de lacondensación se impulsa hacia lacaldera por medio de la bombas

194


de alimentación, pasando previa-mente por un desgasificador.

Para mejorar el rendimiento tér-mico, es conveniente que el aguade alimentación entre en la calde-ra precalentada, por lo que sehace pasar por uno o más preca-lentadores, calentados por lasextracciones de vapor de la turbi-naexistentes en el interior del cal-derín de vapor de alta presión.

Los gases de combustión queabandonan el horno y que sondepurados posteriormente a tra-vés de filtros electrostáticos y enuna torre de lavado por vía húme-da pasan primero por el precalen-tador de aire, que es un intercam-biador gases-aire, en donde esprecalentado el aire de fluidización,y después por un intercambiadorgases-agua, llamado caldera derecuperación, en donde se produ-ce vapor de agua. Este vapor deagua sufre distintas modificacio-nes en su estado a lo largo delciclo y vuelve cada vez a su esta-do original.

En la actualidad la instalación seencuentra en periodo de pruebas(fase previa a su entrada en funcio-namiento). La potencia eléctricade la turbina instalada es de 633kW elegida de conformidad con laproducción de vapor disponible(1,2 kg/seg.), datos obtenidos a lolargo de estos últimos años de fun-cionamiento de los hornos de inci-neración. El número de horas defuncionamiento estimado oscilaentre un mínimo de 6.500 y unmáximo de 8.760.

La previsión de energía eléctricaanual a generar para 7.560 horasde funcionamiento es de 4.785MWh, lo que representa el 17%de la energía consumida actual-mente por la planta depuradora.

Destino final de los fangos delas EDAR de ZaragozaTres son los principales destinosfinales del fango de depuradora: laaplicación al suelo como fertilizan-te y reciclaje de los nutrientes y lamateria orgánica; la valorizaciónenergética –en todas sus varian-

tes, incluida la biometanización–, yel depósito en vertedero. Esteorden responde al principio dejerarquía que establece el artículo1.1 de la Ley 10/19988, de resi-duos, y debería respetarse siem-pre que fuera posible al decidir eldestino final de los fangos, quepuede ser matizado en razón decondicionantes tecnológicos yeconómicos en cada caso para sucorrecta gestión. El depósito finalen vertedero figura como últimaopción y, por lo tanto, como lamenos satisfactoria.

En el caso de Zaragoza, los des-tinos finales adoptados para losfangos han sido los siguientes:

a) Aplicación al suelo como ferti-lizante y enmienda orgánica encampos próximos a la ciudad paraaquellos fangos originados en laEDAR de La Almozara (previamen-te una parte importante del fangoes convertida en biogás, valoriza-ble energéticamente para producirelectricidad) en los términos esta-blecidos en la Directiva86/278/CEE, de 12 de junio de1986, sobre «protección del medioambiente y, en particular, de lossuelos en la utilización de los lodosde depuradoras en agricultura»,transpuesta al derecho internoespañol a través del Real Decreto1310/1990 desarrollado por laOrden Ministerial del 26 de octubrede 1993 sobre «utilización delodos de depuradoras en sectoragrario».

b) Valorización energética de losfangos obtenidos en la EDAR deLa Cartuja a través de su incinera-ción en hornos de lecho fluido,recuperación de calor de loshumos para calentar el aire de flui-dificación, secado de una partedel fango para asegurar la auto-combustibilidad y producir electri-cidad a partir de la instalación deuna turbina de vapor, todo ello enel marco normativo establecidopor la Ley 10/1998, de 21 de abril,de residuos, la OrdenMAM/304/2002, de 8 de febrero,por la que se publican las opera-ciones de valorización y elimina-

ción de residuos y la lista europeade residuos, y el Real Decreto653/2003, de 30 de mayo, sobreincineración de residuos, quesupone la transposición de laDirectiva Comunitaria 2000/76/CE.

BibliografíaDirectiva 91/271/CEE, del Conse-jo, de 21 de mayo, sobre el trata-miento de las aguas residualesurbanas.Directiva 86/278/CEE, de 12 dejunio, sobre protección del medioambiente y, en particular, de lossuelos en la utilización de los lodosde depuradoras en agricultura.Directiva Comunitaria 2000/76/CErelativa a la incineración de resi-duos.ENTRALGO LAYUNTA, José Ramón.Apuntes del Master en Ingenieríadel Medio Ambiente C. P. S. Uni-versidad de Zaragoza.Orden MAM/304/2002, de 8 defebrero, por la que se publican lasoperaciones de valorización y eli-minación de residuos y la listaeuropea de residuos.Real Decreto 653/2003, de 30 demayo, sobre incineración de resi-duos, que establece la obligaciónde aprovechar en la medida de loposible el máximo calor generadoen el proceso.ROMERO ROJAS, Jairo Alberto. Tra-tamiento de aguas residuales porlagunas de estabilización. 3ª ed.Alfaomega.SILVA FRÍAS, Antonio (2001). XIXCurso sobre tratamiento de aguasresiduales y explotación de esta-ciones depuradoras. Tomo II.CEDEX.

195


Utilización de lodossecos comocombustiblessecundariosMaria CumellasDirectora general de CalidadAmbiental. Departamento deMedio Ambiente y Vivienda. Gene-ralidad de Cataluña

IntroducciónLa sociedad en la que vivimos haabusado de la utilización de com-bustibles fósiles como fuente deenergía, tanto para el uso particu-lar como industrial, y se ha estruc-turado de forma dispersa (alejandocentros de trabajo, estudio y ociode las viviendas), lo cual ha gene-rado como consecuencia un incre-mento de la movilidad obligada delos ciudadanos. Este hecho, inde-pendientemente de las reflexionesque se puedan llevar a cabo en elámbito social, económico, etc., haderivado en un incremento insos-tenible de la emisión de contami-nantes al aire que respiramos. Esoconlleva un impacto en la calidaddel aire a escala local, la presenciade partículas o de óxidos de nitró-geno…, y un efecto a escala glo-bal como es el cambio climático

El uso de combustibles alterna-tivos al coque de petróleo en lasfábricas de cemento se enmarcadentro de la Estrategia catalanacontra el cambio climático.

El Estado español se adhirió alProtocolo de Kyoto y, por lo tanto,asumió el compromiso de dictarpolíticas para reducir la emisión a laatmósfera de este tipo de gases.En consonancia con las directriceseuropeas, ha habido una primerafase de acción sobre determina-das actividades industriales y ener-géticas, y actualmente se inicia lasegunda fase que tiene como obje-tivo reducir las emisiones asocia-das a los sectores difundidos,como son el transporte o las prác-ticas agrarias.

En el ámbito de las actividadesindustriales y energéticas, lasdirectivas europeas han reglado elcomercio de emisión de gases de

efecto invernadero que se aplica asectores como, por ejemplo, laproducción de energía, el sectorcerámico, la producción de vidrioy papel o la fabricación de cemen-to. A cada industria, el Estado leasigna individualmente un deter-minado número de derechos deemisión para cada año, que esrevisado por la Unión Europeapara evitar que se produzcandesequilibrios entre los diferentesestados miembros. Cuando termi-na el año, los establecimientoshacen un análisis de las emisionesreales que han producido (deacuerdo con la metodología esta-blecida mediante una decisión dela Unión Europea) y las emisionesotorgadas por el Estado español.Este balance es verificado por par-te de una entidad acreditada por laAdministración y validado por lascomunidades autónomas. En casode que un establecimiento deter-minado disponga de un exceden-te de derechos de emisión, estosse pueden vender en el mercadoeuropeo; si, por contra, le faltasenderechos, estos se deben com-prar en el mercado común. Todoeste sistema tiene como objetivoincentivar económicamente lossectores industriales para adoptarlas mejores tecnologías para con-tinuar produciendo y reducir almáximo las emisiones de gasesde efecto invernadero.

El Gobierno de Cataluña, sensi-ble a las repercusiones que puedecomportar el cambio climático, hatomado una actitud activa, pro-mueve e incentiva las propuestasque tengan como objetivo com-batir las causas que generan estefenómeno y ha creado la OficinaCatalana contra el Cambio Climá-tico para definir estrategias con-cretas en este ámbito.

La fabricación de cemento La fabricación de cemento se pue-de considerar un caso singular porlo que respecta a las emisiones degases de efecto invernadero. Lasemisiones de estos gases a laatmósfera provienen de dos fuen-

tes: el mismo proceso productivoy el uso de combustibles fósiles.

La producción de cemento con-lleva:

1. La fabricación de clínker, queconsiste en la descarbonataciónde la materia prima (emite lo quese conoce como dióxido de car-bono de proceso) con la aplica-ción de calor (emite lo que seconoce como dióxido de carbonode combustión).

2. Posteriormente, se procede ala incorporación de aditivos al clín-ker para ajustar la composición yconseguir que disponga de lascaracterísticas que se necesitanpara la construcción. Este produc-to es el cemento.

Por lo tanto, en la fabricación decemento, la emisión de gases deefecto invernadero se genera en ladescomposición del crudo (puntoen el que no es posible reducir lasemisiones inherentes al mismo pro-ceso productivo) y en la combus-tión de los combustibles necesa-rios para alcanzar las temperaturasnecesarias para esta descomposi-ción. Para reducir las emisiones degases de efecto invernadero, sedebe actuar sobre el uso de loscombustibles fósiles usados tradi-cionalmente en las fábricas catala-nas. En esta línea han estado tra-bajando y trabajan muchos paísesde la Unión Europea (Noruega, laGran Bretaña, Holanda…) y dife-rentes comunidades autónomasdel Estado español (el País Vasco,Valencia…). Las característicaspropias de la producción decemento, las temperaturas que sealcanzan en un horno de cementoque llegan a 1.400 °C durante perí-odos de tiempo superiores a 8segundos, hacen que se trate deun sector atractivo para el uso decombustibles alternativos.

Además, hay que tener presen-te que, obviamente, el objetivo deuna fábrica de cemento es fabri-car cemento. Para los no especia-listas en este sector, hay queremarcar que el cemento es unproducto que para alcanzar susfunciones constructivas (endureci-

196


miento, resistencia…) no permitela presencia indiscriminada dedeterminados compuestos (cloru-ros…), hecho que hace inviable eluso de materias aleatorias o queno estén bien caracterizadas yaque distorsionarían las propieda-des del material fabricado, por loque no es posible la entrada decualquier combustible.

Las fábricas de cemento deCataluñaActualmente, en Cataluña hay sie-te fábricas de cemento que dispo-nen de hornos horizontales. Lafábrica ubicada en el municipio deVilanova i la Geltrú es de cemen-to blanco, y sus característicassingulares hacen que no se pue-da evaluar de forma conjunta conel resto de establecimientos.

De las seis industrias restantes,una está ubicada en las Tierras delEbro y las otras cinco a la RegiónMetropolitana de Barcelona.

La situación geográfica de losestablecimientos es determinantea la hora de analizar cuál es elcombustible alternativo que puedesustituir el coque de petróleo yreducir las emisiones de gases deefecto invernadero, dado que,como ya se ha especificado en laintroducción, una de las fuentesdifundidas de emisión de estosgases es el transporte, y estas ac-tividades tienen asociado un movi-miento de camiones importante.

La selección del combustiblealternativo más idóneoPara combatir la emisión de gasesde efecto invernadero y de acuer-do con las directrices europeas,hay que promover la sustitución delos combustibles fósiles por bio-masa, que es neutra en los balan-ces de estos gases. Así mismo, ycon el fin de dictar las medidasmás eficientes, hay que analizar encada punto del territorio cuál es labiomasa disponible más apropiadapara no incrementar las emisionesasociadas al transporte.

En el caso de la fábrica ubicadaen las Tierras del Ebro, y conside-

rando la actividad de la zona, labiomasa disponible más idónea esla que proviene de los restos depoda de los árboles cultivados enla zona, las cáscaras de arroz, etc.En definitiva, lo que se conocecomo residuos forestales y agrí-colas como sustituto de una par-te del coque de petróleo.

En el resto de fábricas metropo-litanas, se ha evaluado la posibili-dad del uso de estos residuosforestales y agrícolas, como, porejemplo, los restos de poda delparque de Collserola, y aunque seprevé su uso, la cantidad de bio-masa disponible no es significativa.En este contexto, se han analizadootro tipo de biomasas que se estánusando desde los años setenta enpaíses de la Unión Europea y seconstata que en la Región Metro-politana de Barcelona una de lasbiomasas disponibles de formacontinua son los lodos de las depu-radoras de agua residual urbana.

Pruebas de sustitución de partedel coque de petróleo por lodosde depuradora en las fábricasde cemento a CataluñaPese a la amplia experiencia quehay en otros países de la UniónEuropea en el uso de lodos dedepuradora urbana como com-bustible alternativo a estos tiposde instalación, así como el hechode que actualmente los lodos dela depuradora del río Besòs seestán utilizando como combusti-ble en fábricas de Valencia, y almismo tiempo teniendo presenteel hecho de que hay una históricareticencia social en Cataluña haciaesta práctica, el Departamento deMedio Ambiente y Vivienda deci-dió efectuar una prueba de susti-tución gradual de coque de petró-leo por lodos de depuradoraurbana en las fábricas de cemen-to ubicadas en Cataluña.

Para dar las máximas garantíasy transparencia a la citada prueba,se firmó un convenio entre losdiferentes agentes implicados: lostitulares de las fábricas de cemen-to, los representantes de los muni-

cipios donde están ubicadas lasfábricas donde se van llevar acabo las pruebas, los sindicatosCCOO y UGT y el Departamentode Medio Ambiente y Vivienda.Este convenio recogía, entreotros, los siguientes aspectos:

1. Objeto de la prueba: sustitu-ción gradual de coque de petróleopor lodos de depuradora urbanahasta un 25%.

2. Duración de las pruebas: des-de el mes de junio hasta el 31 dediciembre del año 2005.

3. Sistemas de control:3.1. Control de las entradas de

productos a los hornos de cemen-to, teniendo en cuenta el análisisde la composición del crudo(materia prima) y el análisis de lacomposición de los lodos secosde las depuradoras urbanas.

3.2. Control de las emisiones desustancias a la atmósfera, queconllevaba:

- Un análisis pormenorizado delas emisiones al aire que se produ-cen en la fabricación de cemen-to cuando se usa exclusivamentecoque de petróleo como combus-tible. Durante esta fase, se midie-ron muchos más contaminantesde los que recoge la normativavigente de aplicación para estapráctica.

- Instalación y calibración de ana-lizadores en continuo en las chi-meneas de los hornos de fabrica-ción de clínker donde se llevaron acabo las pruebas. Concretamente,se instaba a medir mediante estesistema los óxidos de nitrógeno,los óxidos de azufre y las partícu-las.

Se acordó en el convenio queestos dos controles se debían lle-var a cabo previamente a la ejecu-ción de la prueba, es decir, antesde introducir lodos de depurado-ra urbana en las fábricas decemento.

Régimen de control de las emi-siones a la atmósfera durante larealización de las pruebas queregulaba la periodicidad y la meto-dología de muestreo para cadacontaminante.

197


El convenio también establecíaqué condiciones debían cumplirlos organismos encargados derealizar las analíticas correspon-dientes.

3.3. Seguimiento de las pruebas.El convenio establecía la creaciónde una amplia Comisión de Segui-miento que a lo largo del períodode pruebas se debía reunir perió-dicamente con el objetivo depoder analizar los resultados delas pruebas así como efectuar lassugerencias que considerase con-venientes para recoger la máximainformación posible. A esta Comi-sión, además de los organismosque habían firmado el convenio,se incorporaron representantes delos grupos ecologistas o de orga-nizaciones sociales, como, porejemplo, representantes de lasasociaciones de vecinos o de laorganización de consumidores.

3.4. Uso de lodos de depurado-ra urbana en fábricas de cemen-to. El convenio también especifi-caba que la sustitución de coquede petróleo por fangos de depu-radora urbana de forma continúaestá sometida a la solicitud deesta práctica por parte del titularde cada industria concreta a laAdministración de acuerdo conlos requerimientos que establecela Ley de intervención integral dela administración ambiental. Deesta forma, se ponía de manifies-to que el convenio sólo habilitabalas fábricas que lo habían solicita-do para la ejecución de unas prue-bas de duración limitada y remar-caba el procedimiento legal paraevaluar la continuidad en caso deque los titulares de los estableci-mientos lo solicitasen.

Conclusiones de los resultadosde las pruebasLos resultados de las pruebas sonpúblicos y están disponibles en elweb del Departamento de MedioAmbiente y Vivienda.

Básicamente, lo que se des-prende de los análisis efectuadoses que la sustitución hasta un 25%de coque de petróleo por lodos

secos de depuradora urbana,como combustible en las fábricasde cemento, no varía significativa-mente las emisiones en la atmós-fera de los contaminantes que tie-nen un efecto local. Las diferenciasexistentes entre los valores de fon-do (medidas de contaminantescuando se utiliza exclusivamentecoque de petróleo como combus-tible) y los resultados de los análi-sis con sustituciones graduales deeste combustible por lodos dedepuradora urbana están técnica-mente dentro de los errores de losmétodos analíticos y de la inhe-rente variabilidad de los procesos.

A solicitud de distintos miembrosde la Comisión de Seguimiento,se efectuó un dictamen en elDepartamento de Salud, que indi-ca que esta práctica no conllevaun riesgo adicional para la salud.

Por lo que respecta al análisis delas emisiones de gases de efectoinvernadero, el balance es muypositivo, dado que no solamentehay un ahorro de emisiones aso-ciado al uso de biomasa por uncombustible fósil, sino que las emi-siones asociadas al transporte delcoque de petróleo son sustancial-mente superiores a las derivadasdel suministro de lodos de depu-radora ubicadas en la RegiónMetropolitana de Barcelona.

Con respecto a la experiencia decrear foros donde los potencialesagentes afectados puedan dispo-ner de información ambiental ycanalizar sus preocupaciones ha-cia estos aspectos en las adminis-traciones ambientales, se valoramuy positivamente el proyecto,por lo que, aunque sea poco orto-doxo, quiero agradecer su cola-boración a las personas que hanparticipado activamente en la eje-cución de este convenio.

198


La gestión de fangos delas EDAR y laproblemática asociadaFernando CabelloTécnico de Saneamiento. Conse-jo Comarcal del [email protected]

IntroducciónEn el proceso de depuración delas aguas residuales se produceun residuo, los fangos, que pre-sentan unas características muyvariables de una instalación a otra,hecho que condiciona sus desti-naciones finales. Además, a lahora de escoger esta destinaciónfinal, hay que atender a tres prio-ridades: minimizar el impactoambiental y el gasto económicosin afectar el entorno social.

Destinaciones posiblesLos fangos de depuradora se pro-ducen en una cantidad y compo-sición que dependen básicamen-te del caudal y las característicasdel agua que se debe tratar, asícomo de la tecnología aplicada alEDAR.

La problemática principal en lagestión de los fangos de depura-ción radica en disponerlos compa-tibilizando criterios de sostenibili-dad, económicos y sociales. Sinembargo, la cantidad y la calidadde los fangos suponen unas res-tricciones que a menudo determi-nan las posibles destinacionesfinales.

Las alternativas básicas de valo-ración y disposición se puedenresumir en:

a) Aplicación en el suelo - Aprovechamiento de su conte-

nido elevado en nitrógeno, fósfo-ro y materia orgánica en el caso deextensiones dedicadas tanto a laagricultura como a la jardinería.

- Recuperaciones de terrenosmarginales.

- Restauración de canteras.b) Valorización energética, que

consiste en el aprovechamientodel poder calorífico de la fracciónorgánica. Las técnicas que actual-mente se están desarrollando son:

- Uso como combustible alter-nativo en fábricas de cemento ycentrales térmicas.

- Gasificación, transformando losfangos secos de EDAR en un gasde poder calorífico moderado y enuna fracción sólida mineral –inerte–que se puede emplear como áridoen la construcción.

c) Utilización de los fangos seca-dos térmicamente en la fabrica-ción de materiales para la cons-trucción.

d) Vertedero. Esta posibilidad esla menos favorable y, en principio,sólo tendría que ser utilizada cuan-do se han agotado todas las otrasalternativas.

Problemática de la gestión defangos

Una correcta gestión de fangoslleva a que se deban compatibili-zar diferentes criterios para obte-ner soluciones viables, sostenibles,económicas y respetuosas con elentorno social. Los aspectos cla-ve en la problemática de la gestiónde los fangos se pueden resumiren los siguientes:

Minimización en origen de lacantidad de fangos producidosComo con todo residuo, es muyimportante que la producción defangos sea la mínima posible. Porlo tanto, se deben explorar todaslas vías que minimizan la cantidadgenerada. La producción de fan-gos depende, por una parte, de lacomposición del agua que trata laEDAR, y de la otra, de las instala-ciones de la línea de fangos y sueficiencia.

Los fangos están compuestospor una fracción llamada materiaseca (materia orgánica y minerales)y agua, que puede estar en unaproporción muy variable. La canti-dad de materia seca es propor-cional a la contaminación del aguaque se trata en la EDAR y al ren-dimiento del proceso de depura-ción. Este, por lo tanto, no es unfactor con el que se pueda jugar apriori. Ahora bien, la fracción deagua inicialmente presente en el

fango depende directamente delas instalaciones de la línea de fan-gos de la EDAR. Así pues, depen-diendo del rendimiento de la eta-pa de deshidratación, la cantidadde agua presente en los fangospuede variar entre un 70% y un80% aproximadamente.

También se debe tener en cuen-ta que hay procesos de postrata-miento de los fangos, como es elcaso de la digestión anaeróbica oel secado térmico, que contribu-yen de manera singular a la reduc-ción de la cantidad de fango. En elproceso de digestión anaeróbica,parte de la materia orgánica delfango se transforma biológicamen-te en CO2 y metano (gas valoriza-ble por su elevado poder calorífi-co), y así se reduce parte de lamateria seca inicialmente produci-da en un 30% o un 45%. En elcaso del secado térmico, median-te aportación externa de calor, selogra la evaporación del agua pre-sente en el fango, por lo que sereduce la cantidad de fango deuna manera considerable.

Así pues, por lo que respecta a laminimización de la cantidad defango producida, el caso más des-favorable vendría dado por aque-lla EDAR que no dispone de ningu-na etapa de postratamiento y queevacua directamente el fango fres-co deshidratado. En tal caso, elporcentaje de agua en el fangopuede estar alrededor del 75%.Contrariamente, una EDAR quedisponga de un proceso de diges-tión anaeróbica (ya reduce la can-tidad de materia seca en un 30%o un 45%) y a continuación unaetapa de secado térmico –dondeel contenido final de agua seencuentra entorno al 15-20%–evacua una cantidad de fangomínima.

Destinación sostenible desde elpunto de vista medioambientalLa continua generación de resi-duos nos obliga a buscar destina-ciones que sean sostenibles yminimicen el impacto ambiental.Las disposiciones más correctas,

199


en principio, son aquellas que danvalor añadido al residuo, porquelo reincorporan a la cadena de pro-ducción. Es el caso de aplicar losfangos de depuración al suelo. Sinembargo, para darles una utilidadagrícola, deben estar higienizados,es decir, previamente deben habersido tratados para reducir significa-tivamente la carga microbiana(digestión anaeróbica, composta-je o secado térmico).

También son muy interesanteslas alternativas que suponen lavalorización energética del fango,hecho muy deseable, aunquecuantitativamente no son las másimportantes. Actualmente, enFrancia, Alemania y el Reino Uni-do hay plantas de gasificación defango seco de EDAR, las cualesson de dimensiones reducidas yhabitualmente ligadas a la explota-ción de la misma EDAR. Estasdestinaciones irán ganando pesoespecífico a medida que se avan-ce en la investigación y se puedanir desarrollando.

Minimizar el gasto de ladisposición finalTambién se debe tener presenteque hay que ser sostenibles eco-nómicamente. En la explotación deuna EDAR, el gasto derivado deltratamiento, el transporte y la dis-posición final de los fangos es unafracción significativa del gasto totalde explotación. En el caso de unaEDAR pequeña (10.000 habitantesequivalentes), el gasto en fangosestá en torno al 10% del gastototal, y para una EDAR mediana(120.000 habitantes equivalentes)el coste se establece alrededor del25% del gasto total de explota-ción.

La primera medida que hay queadoptar para disminuir el gastoderivado de la evacuación de losfangos es, como se ha comenta-do anteriormente, minimizar lacantidad producida, ya seamediante la construcción de unainstalación de digestión anaeróbi-ca o bien por la reducción signifi-cativa de la humedad del fango. Y,

para reducir la humedad del fangoal máximo, dejando aparte laconstrucción de una planta desecado térmico (únicamente viablepara EDAR de un cierto tamaño),es necesario que la línea de fangosde la EDAR, concretamente losprocesos de espesamiento y dedeshidratación, esté bien dimen-sionada, optimizada y funcione lomás eficientemente posible.

Además, también se debe tenerpresente que cualquier tratamien-to que suponga la producción dealgún subproducto valorizable,como por ejemplo el biogás pro-ducido en la digestión anaeróbi-ca, contribuirá a minimizar el gas-to económico de la gestión de losfangos.

Potenciar la posiblevalorización de los fangosproducidosLa valorización de los fangos pro-ducidos debe ser potenciada porsu doble efecto positivo. Por unaparte, se obtiene un cierto valoreconómico de un residuo que seproduce en grandes cantidades,y de la otra, el hecho de que esteresiduo pueda ser utilizado enotros procesos productivos (pro-ducción de materiales para laconstrucción, uso como combus-tible en centrales térmicas o fábri-cas de cemento, etc.) hace quepueda existir una cierta demandade residuos para estas aplicacio-nes y se aumenta así la oferta dedestinaciones finales.

Compatibilizar el tratamientofinal de los fangos con elentorno socialLa disposición final de los fangosdebe ser respetuosa con los crite-rios de sostenibilidad ambiental yeconómica expuestos, pero sindescuidar el factor social. Esimportante que las plantas de tra-tamiento de fangos adopten todaslas medidas técnicamente posi-bles para que su funcionamientohabitual no produzca impactosambientales sobre el entorno máspróximo.

ConclusionesEl gran reto en la gestión de fangosde depuración reside en la utiliza-ción de aquellas instalaciones ytécnicas que permitan minimizarla cantidad producida. Las EDARde más capacidad de tratamientoacostumbran a tener asociadosprocesos de postratamiento defangos que reducen significativa-mente la cantidad producida. Sinembargo, aún quedan muchasinstalaciones de tamaño medio ypequeño en las que hay queimplantar estas técnicas.

Sin embargo, hay que continuarinvestigando en el desarrollo denuevas tecnologías que permitansacar más provecho de los fan-gos, ya sea explotando las carac-terísticas agronómicas, su podercalorífico, etc. Eso permitiráencontrar destinaciones más sos-tenibles y evitar su disposición envertederos, a la vez que tambiénse reducirá el gasto económicoque supone su gestión.

A medida que estos dos objetivosde minimización y valorización sevayan cumpliendo, los vertederospasarán a ser soluciones prescin-dibles en la gestión de los fangos.

BibliografíaMETCALF, Eddy. Ingeniería deaguas residuales. Tratamiento, ver-tido y reutilización. 3a ed. Madrid:McGraw-Hill, 2000.ORTIZ, S. «Situació de la gestióde biosòlids a l’Agència Catalanade l’Aigua». I Jornades Tècniquesde Gestió d’Estacions Depurado-res d’Aigües Residuals. Barcelona:Agència Catalana de l’Aigua: Gene-ralitat de Catalunya. Departamentde Medi Ambient, 2003.PARÉS, J. «Les experiències cone-gudes en l’àmbit dels combusti-bles alternatius». Jornada sobreProposta de nou model de gestió,examen de les tecnologies de trac-tament, valorització i deposició dela fracció resta. Barcelona, 31 deenero de 2005.POCH, M. [et al.]. «Reflexions entornd’un sanejament per al segle XXI aCatalunya». Conclusions de les II

200


Jornades Tècniques de Gestiód’Estacions Depuradores d’AigüesResiduals (sistemes de sanejamenti medi ambient i reutilització plani-ficada de l’aigua). Barcelona: Agèn-cia Catalana de l’Aigua: Generalitatde Catalunya. Departament deMedi Ambient, 2005.SAÑA, J. «Compostatge de fangs:experiències d’explotació». I Jor-nades Tècniques de Gestió d’Es-tacions Depuradores d’AigüesResiduals. Barcelona: AgènciaCatalana de l’Aigua: Generalitat deCatalunya. Departament de MediAmbient, 2003.

201


La digestión aeróbica defangosJoan MataDepartamento de Ingeniería Quí-mica. Universidad de [email protected]

El proceso de digestión anaeróbi-ca de fangos es la aplicación másantigua de la digestión anaeróbica:desde que Louis Moverás diseñóla primera fundición séptica en1881, han pasado más de 130años.

La digestión anaeróbica es unproceso complejo, que involucranumerosas etapas microbiológi-cas. A pesar de que se han identi-ficado hasta nueve (Mata, 2003), elproceso puede ser descrito desdeel punto de vista práctico en dosetapas. La primera de hidrolisiaci-dificación, en la que la materiaorgánica se convierte en ácidos, yuna segunda en que, en estrictascondiciones anaeróbicas (sin oxí-geno), estos ácidos se conviertenen biogás. El biogás es una mez-cla constituida fundamentalmentepor metano (alrededor del 65%) ypor dióxido de carbono (alrededordel 35%). La figura 1 (ver página67) esquematiza todas las etapasy señala las dos en que, normal-mente, el proceso es descrito.

En la primera etapa intervienenlas bacterias hidrolíticas y acido-génicas, que pueden funcionar enun intervalo de pH amplio, inclusocon valores tan bajos como 4,mientras que la segunda etapa lallevan a cabo las bacterias meta-nogénicas, las cuales no trabajanen condiciones ácidas y requie-ren unos pH dentro del intervalode 6-7,5. Además, las bacteriasmetanogénicas tienen una veloci-dad de crecimiento baja y sonsensibles a numerosas sustanciasconsideradas tóxicas para lametanogénesis. De esta manera,los mismos ácidos generados enla primera etapa, en concentra-ciones altas, pasan a ser tóxicos,como también lo son el amoniacoy el ácido sulfhídrico, por mencio-nar algunos compuestos comu-

nes a muchos procesos de diges-tión. Por todas estas razones, amenudo la metanogénesis seconvierte en la etapa limitante dela digestión anaeróbica.

Estas particularidades hacen queel proceso de digestión anaeróbicasea considerado «delicado» y difí-cil de controlar, ya que se puededesestabilizar fácilmente debido auna sobrecarga o a un súbito cam-bio en las condiciones de opera-ción. Por ejemplo, si hay un exce-so de materia orgánica en eldigestor, las bacterias acidogéni-cas de la primera etapa puedenmetabolizar fácilmente y convertiresta materia orgánica en ácidos,ya que se trata de un proceso quefunciona mucho más rápidamenteque el de la metanogénesis. Esohace que haya una acumulaciónde ácidos, ya que las bacteriasmetanogénicas no los pueden con-vertir en metano. Esta acumulaciónpuede causar cierta toxicidad aestas bacterias por bajo pH, lo quelleva como consecuencia que seralentice el proceso de conversióna metano y haya aún más acumu-lación de ácidos y más toxicidad.Evidentemente, si no se corrige, eldigestor entra en crisis y se colap-sa por acidificación.

Pese a lo que se ha descrito, lasituación no es ni mucho menostan grave ni tan difícil de controlar.Si hay suficiente alcalinidad, esdecir, capacidad de taponamiento,una sobrecarga normal de ácidosno hace variar mucho el pH, y losmetanógenos pueden continuartrabajando sin experimentar pro-blemas serios de toxicidad o inhi-bición de su actividad. Los diges-tores de fangos normalmentetienen bastante capacidad tapo-nadora y raramente se paran poracidificación del digestor. Paraotros digestores, lo necesario esdotarlos de suficiente alcalinidady/o establecer controles para pre-venir cualquier sobrecarga y, siesta se produce, corregirla deinmediato.

Los digestores anaeróbicos pue-den trabajar en dos intervalos ópti-

mos de temperatura: el mesofílico(alrededor de los 35 °C) y el ter-mofílico (alrededor de los 55 °C).La figura 2 (ver página 68) mues-tra, de manera cualitativa, comovaría la velocidad de producciónde biogás con la temperatura, y sepueden distinguir perfectamentelos dos intervalos mencionados.

Normalmente, los digestores defangos trabajan en el intervalomesofílico, en especial en Europa,mientras que en los Estados Uni-dad son varios los que operan enel intervalo superior de temperatu-ras. Eso es porque, de esta mane-ra, el efluente del digestor queda«higienizado» y el producto tieneuna clasificación higiénica supe-rior (clase A) para poderse aplicaren el suelo.

Por otro lado, y en general, losrendimientos que se alcanzan encondiciones termofílicas son supe-riores, es decir, la producción debiogás por unidad de sólido volá-til (materia orgánica) alimentado enel digestor es más alta. Se puedehacer un balance para determinarsi este aumento en la producciónde biogás compensa el mayorconsumo de éste para calentar eldigestor a una temperatura supe-rior. En experimentos realizados enel laboratorio de la UB, los resulta-dos obtenidos muestran que elbalance resulta positivo, ademásde otras ventajas ligadas a unamejor eliminación de microconta-minantes orgánicos. La tabla 1 (verpágina 69) muestra varias referen-cias bibliográficas en las que secomparan ambos intervalos detemperatura de trabajo para ladigestión de fangos de EDAR. Hayque decir que los rendimientosdependen del tipo de fango que sedebe digerir, es decir, del porcen-taje relativo de fangos primarios ysecundarios que entran en eldigestor.

Integración de la digestiónanaeróbica a la cadena devalorización de fangosLa instalación de un sistema dedigestión anaeróbica de fangos no

202


es barata, ya que implica toda unaserie de operaciones previas y pos-teriores. La figura 3 (ver página 70)las muestra de forma simplificada.Para instalaciones de cierto tama-ño, concretamente en EDAR demás de 50.000 habitantes equiva-lentes, empieza a ser una opciónque hay que considerar, ya que enel proceso de digestión anaeróbi-ca se convierten en biogás aproxi-madamente la mitad de los sóli-dos volátiles (materia orgánica)alimentados en el digestor. Si elvolumen es importante, los meno-res costes de gestión de los fangosjustifican la inversión por el proce-so. Normalmente, el biogás pro-ducido se quema en una calderapara calentar los digestores a latemperatura de operación. ParaEDAR de más de 100.000 habi-tantes equivalentes, se justifica lainstalación de un grupo de cogene-ración termoeléctrica, ya que laventa de electricidad compensa laalta inversión de los motores decogeneración.

La digestión anaeróbica es unade las opciones por las que haquerido apostar el Plan Nacionalde Lodos de Depuradora (PNLD,2001), en el que se especifica que,de los fangos producidos en lasEDAR, un 65% se debe aplicar alcampo, de los cuales un 40%deben pasar por este proceso. Apesar de que no se haya financia-do este objetivo, es significativa laimportancia que tiene desde elpunto de vista ambiental. La diges-tión anaeróbica produce energíarenovable y ahorra emisiones deefecto invernadero. Para la aplica-ción agrícola, los fangos que hansido digeridos están más estabili-zados. Si, además, los fangos pro-vienen de una EDAR que trata enexclusiva aguas urbanas y al pro-ceso de digestión anaeróbica lesigue uno de compostaje, previadeshidratación mecánica, el pro-ducto obtenido (compost) será degran calidad.

El efluente del digestor anaerobioes normalmente deshidratado enfiltros banda o bien en centrífuga.

Según su calidad, se destinará alcampo o bien deberá enviarse alvertedero. En el artículo del «Mar-co introductorio», ya se ha dichoque para una valorización térmicafinal no tiene mucho sentido laobtención previa de biogás (la úni-ca ventaja es que el biogás es unaenergía transportable), ya que lossólidos volátiles convertidos enmetano después serán converti-dos en energía, cosa que se pue-de hacer directamente en el proce-so de valorización energéticaescogido. Dependiendo de la dis-tancia de su destino final y de lacantidad de fangos, los fangosdigeridos se pueden someter a unproceso de secado térmico. Otraposibilidad sería el compostaje.

La codigestión de fangos deEDARLa codigestión de fangos es unaposibilidad que desde el punto devista técnico presenta ventajasconsiderables. Se trata básica-mente de aprovechar la capaci-dad de los digestores de fangospara digerir otro sustrato. En elproceso de digestión anaeróbica amenudo se dan procesos de siner-gia que comportan una produc-ción de biogás más alta en ladigestión conjunta con otro sustra-to que la suma de las digestionespor separado (Mata et al., 1989).Estos fenómenos de sinergia nor-malmente se basan en déficits demicronutrientes o, incluso, denutrientes (N y P) de los sustratosindividuales, que quedan compen-sados en la mezcla. También sepueden dar fenómenos de diluciónde algún compuesto que resulteinhibidor para la metanogénesis.El hecho es que se obtiene unamayor producción de biogás, y enel caso de los fangos, eso se pue-de lograr en el mismo digestor, sinmodificar el volumen. Lo que síhace falta es la instalación de unasección para preparar la mezclaque se debe alimentar en el diges-tor.

Uno de los sustratos universales,en el sentido de estar disponible en

la mayor parte de lugares y que esaltamente compatible con la diges-tión anaeróbica de fangos deEDAR, es la fracción orgánica delos residuos sólidos urbanos (FOR-SU). La codigestión de FORSU yFD (fangos de depuradora) presen-ta la ventaja de compensar la altarazón C/N que se presenta en laFORSU. Por otro lado, la FORSU,con un elevado contenido demateria orgánica y una humedadrelativamente baja en comparacióncon los FD, hace que su mezclaequivalga a una dilución de la FOR-SU y que con un pequeño aumen-to del caudal de FD casi se dupli-que el contenido de materiaorgánica susceptible de convertir-se en biogás que entra en el diges-tor. Eso hace que, en muchoscasos, sea posible aumentar con-siderablemente la producción debiogás en instalaciones de diges-tión anaeróbica de fangos sinaumentar significativamente lainfraestructura. Se debe tener encuenta, además, que muchosdigestores de FD trabajan en con-diciones de baja carga por la rela-tivamente baja concentración delos mismos fangos (en compara-ción con la FORSU) y por el altotiempo de residencia utilizado, demanera que la codigestión apro-vecha este uso de los digestorespor debajo de sus posibilidades decarga y los hace funcionar a plenopotencial. En todos los casos seránecesario instalar, entre otros ele-mentos, una unidad para separarlos impropios que pueda contenerla fracción orgánica (separada enorigen) de los RSU y una unidadpara su mezcla con los fangos.

Las primeras aplicaciones de lacodigestión tuvieron lugar en Dina-marca a finales de los años ochen-ta. Después se han hecho variasaplicaciones de forma irregular enel continente europeo. Últimamen-te, sin embargo, parece que sehaya despertado un interés espe-cial en la codigestión fangos/FOR-SU en Italia. De hecho, uno de losejemplos que han funcionado conéxito desde hace años se encuen-

203


tra en la EDAR de Treviso (Italia).Esta depuradora dimensionadapara 70.000 habitantes equivalen-tes, con dos digestores mesofíli-cos, instaló un pretratamientomecánico para separar los ele-mentos indeseados de la FORSUy a continuación una etapa demezcla/prefermentación con losfangos secundarios del tratamien-to aeróbico seguido del bombeode la mezcla en el digestor. Losaumentos observados en Trevisoson superiores al 100%, tal ycomo muestra la tabla 2 (ver pági-na 71).

Pero el interés no sólo es en Ita-lia. En Alemania, el país europeocon más digestores, también hanconsiderado esta posibilidad en losúltimos años. Así, por ejemplo,Krupp et al. (2005) realizaron unestudio de factibilidad en la ciudadde Wiesbaden (Alemania) que dioresultados bastante positivos.Cataluña dispone de bastantesposibilidades de codigestión si seconsideran los digestores que hayinstalados. Por ejemplo, los diges-tores de los ecoparques (FORSU),de gran capacidad, técnicamentepodrían digerir una cantidad consi-derable de fangos. Es muy posible,pues, que en los próximos añosse vean las primeras instalacionesde codigestión FD-FORSU y/o deresiduos agropecuarios, área en laque también hay un gran potencial.(ver figura 4 en página 72)

Pretratamientos de los fangosComo ya se ha dicho en el artículodel «Marco introductorio», las gran-des cantidades de fangos que seproducen en las estaciones de tra-tamiento debido al proceso dedepuración aeróbico constituyenun problema que se debe solucio-nar para dar por concluido el ciclode depuración. Es por eso por loque una reducción de la cantidadde fangos que se deben gestionares bienvenida en la mayor partede los casos. En las plantas queutilizan la digestión anaeróbica enel sistema depurador, una posiblevía de reducción, al margen de las

buenas prácticas mencionadas enla primera parte de esta revista, loconstituye el pretratamiento de losfangos para aumentar su biode-gradabilidad. De esta manera, unamayor cantidad de fangos serábiodegradada y convertida en bio-gás, con la doble ventaja de unaumento en el rendimiento energé-tico del digestor y una reducciónde la cantidad de fangos que sedeben gestionar.

Estos pretratamientos son másefectivos si se aplican a la fracciónmenos biodegradable, es decir, ala fracción correspondiente a losfangos secundarios o biológicos.Estos fangos tienen mucho mate-rial proveniente de las paredescelulares de los microorganismosque son especialmente difíciles debiodegradar. En la práctica, lospretratamientos inciden exclusiva-mente en esta fracción parahacerlos más viables económica-mente.

Durante los últimos años se hanido estudiando varios tipos de pre-tratamientos. La tabla 3 (ver pági-na 73) muestra una posible clasi-ficación.

Se han hecho muchas publica-ciones de estudios realizados enesta temática (Mata, 2003). Por elanálisis previo realizado, los queparece que tienen más viabilidadson los tratamientos mecánicos,de ultrasonidos y térmicos. En elDepartamento de Ingeniería Quí-mica de la Universidad de Barce-lona, se han hecho estudios pre-vios de estos pretratamientos conaumentos muy considerables deproducción de biogás. Las inver-siones son, sin embargo, altas, ytambién el mantenimiento. Lo quecompensa, básicamente, es lareducción del volumen de fangosque se deben gestionar y, por lotanto, la viabilidad vendrá dictadapor el coste de gestión y tambiénpor el valor que se quiera dar a laobtención de una cantidad másgrande de energía renovable (bio-gás). A escala industrial donde haymás aplicaciones es en Alemania,por el precio del vertedero o la inci-

neración. Los pretratamientos másutilizados en este caso son los quese han mencionado anteriormen-te.

Microcontaminantes yevolución en el medioEn la sociedad industrializada seponen en circulación una cantidadingente de productos orgánicostanto para uso industrial como parauso doméstico. Productos de lim-pieza, de desinfección, fármacos,pinturas, hidrocarburos, etc., todosde uso habitual tanto en el hogarcomo en lugares públicos, sonejemplos de ello. La mayor partede estos compuestos, debido alarrastramiento o a las escorrentías,o bien porque son residuos de unproceso industrial, se incorporanal ambiente a través de las EDARy, en general, debido a su carácterhidrofóbico y/o lipofílico, especial-mente en los fangos, donde sepueden bioacumular.

A menudo se llaman microconta-minantes orgánicos, debido a supequeña concentración en los fan-gos. La estructura química deestos compuestos así como suspropiedades son muy variadas, yalgunos son altamente bioactivos.Los grupos funcionales tambiénson muy variados y pueden estarpresentes de manera múltiple enun único compuesto. Entre losmicrocontaminantes orgánicos detipo industrial son especialmenteconocidos, porque su concentra-ción ha sido limitada en borrado-res de la directiva sobre utilizaciónagrícola de los fangos, los siguien-tes: los hidrocarburos aromáticospolicíclicos (PAH); dietilhexilftala-tos (DEHP); bifenilos policlorados(PCB); organohalogenados adsor-bidos (AOX); los nonilfenoles ynonilfenoles etoxilados (NPE) y losalquilobenzosulfonados lineales(LAS). La concentración de estoscompuestos en los fangos seencuentra en índices bastantebajos (mg/kg), lo cual dificulta sudetección con técnicas analíticasconvencionales.

De hecho, la entrada de estos

204


microcontaminantes en el medioes continua, y aunque su estabili-dad no fuera alta y se pudieseneliminar o transformar (mediantebiodegradación, hidrólisis, fotóli-sis, etc.), estaría constantementecontrarrestada por su reposición.Eso, sumado a la posibilidad deefectos indetectables, pero conti-nuados, en su largo ciclo de vidasobre elementos del medioambiente hace que sea necesariauna actuación sobre este proble-ma.

En este sentido, en el Departa-mento de Ingeniería Química de laUniversidad de Barcelona se hanhecho trabajos preliminares paraestudiar el destino de estos com-puestos durante la digestión ana-eróbica de los fangos. Se ha com-probado que estos compuestosson biodegradados o, como míni-mo, biotransformados. También seha comprobado que los pretrata-mientos no solamente aumentan labiodegradabilidad anaeróbica,sino que, al mismo tiempo, ayudana que la concentración de losmicrocontaminantes orgánicos ala salida sea significativamentemás baja que a la entrada. Es evi-dente que el tema merece un estu-dio más pormenorizado, donde seidentifiquen las condiciones deoperación de la digestión anaeró-bica, incluyendo, si es proceden-te, pretratamientos que asegurenla biodegradabilidad efectiva y nosólo la biotransformación de losmicrocontaminantes orgánicos.Eso puede pasar a ser especial-mente importante si la nueva direc-tiva europea que se anuncia parael 2008 legisla finalmente sobre elcontenido de este tipo de com-puestos en los fangos que debenir a parar en el suelo agrícola.

Por otro lado, también hay quemencionar el destino de los com-puestos llamados PPCP, siglasinglesas que significan pharmaceu-tical and personal care products,es decir, básicamente fármacos ycosméticos. Estos productos, deuso habitual en el mundo occiden-tal, se encuentran acumulados en

los fangos de las depuradoras másremotas de núcleos urbanos deámbito estrictamente rural, debidoa su uso tanto en las grandes aglo-meraciones urbanas como en lospequeños municipios. Se han des-crito efectos de estos compuestossobre algunas especies animales, apesar de que no han sido demos-trados efectos negativos para loshumanos, por el hecho de queestas sustancias están bioacumu-ladas en los fangos. Sin embargo,estudios conducidos en el ámbitodel laboratorio también han demos-trado que la digestión anaeróbicacontribuye a su biotransformacióny posiblemente biodegradación(Carballa, 2004). La tabla 4 (vertabla 4 en página 75) muestra laevolución durante la digestión ana-eróbica en condiciones mesofílicasy termofílicas de varios PPCP. Sepuede observar que en condicio-nes termofílicas el rendimiento esun poco superior. En todo caso,hay que añadir que son necesa-rios más trabajos en esta línea paraaveriguar cuáles son los metaboli-tos del proceso de digestión.Como se ha mencionado, hay queasegurar que se produzca la totalbiodegradación o bien que losmetabolitos sean productos ino-cuos.

ConclusionesLa digestión anaeróbica es un tra-tamiento sostenible para los lodosen el sentido de que extrae unaenergía de la parte fácilmente bio-degradable y recupera la otramateria orgánica, así como losnutrientes para el suelo. El hechode que sea una energía renovablefavorece la disminución de las emi-siones de gases de efecto inverna-dero, lo que hace que en el futuroserá más asequible la instalaciónde un sistema anaeróbico de trata-mientos de fangos en una EDAR.Por otro lado, y tal y como se haseñalado en este artículo, hayaspectos que pueden ser objetode desarrollo, como pueden serlos relacionados con la codiges-tión con otros sustratos aprove-

chando la misma infraestructuraambos sustratos. También, yteniendo en cuenta los costes de lagestión de fangos, se puedendesarrollar los pretratamientos paraaumentar la biodegradabilidad delos fangos y, por lo tanto, su con-versión a biogás. Eso conlleva prin-cipalmente una disminución impor-tante de la cantidad de fangos quehay que gestionar.

Para concluir, cabe señalar quelas depuradoras de aguas residua-les urbanas han sido diseñadaspara ser muy efectivas en cuantoa la eliminación de la demanda quí-mica de oxígeno (DQO) y de losnutrientes (N y P). Pero en laszonas urbanas, las aguas residua-les pueden contener un grannúmero de compuestos sintéticosy naturales, que no han sido con-siderados en el proceso de depu-ración. Eso trae como consecuen-cia la presencia de estoscompuestos en los diferentescompartimientos ambientales,pero especialmente en los fangospor su bioacumulación. A pesarde que son necesarios estudiosprofundizados sobre los tratamien-tos idóneos, la digestión anaeróbi-ca de los fangos ha demostrado,a priori, que es una buena opción,en especial si se lleva a cabo encondiciones termofílicas. Sinembargo, hay que profundizar ensu estudio, así como en los trata-mientos que la pueden preceder.

BibliografíaCARBALLA, M., OMIL F.; LEMA, J. M.;LLOMPART, M.; GARCÍA-JARESB, C.;RODRÍGUEZ, I.; GÓMEZ, M.; TERNES, T.(2004). «Behavior of pharmaceuti-cals, cosmetics andhormones in asewage treatment plant». WaterResearch, 38, p. 2918-2926.DOHANYOS, M.; ZABRANSKÁ, J.;KUTIL, J.; PENICEK, P. (2004).«Improvement of anaerobic diges-tion of sludge». Wat. Sci. Technol.,49, p. 89-96.KRUPP, M.; SCHUBERT, J.; WIDMANN,R. (2005). «Feasibility study for co-digestion of sewage sludge withPFMSW on two wastewater treat-

205


ment plants in Germany». WasteManagement, 25, p. 393-399.MATA, J. [ed.] (2003). Biomethani-zation of the organic fraction ofmunicipal solid wastes. Londres:IWA Publishing Company.MATA, J.; Cecchi, F. (1989). «Jointanaerobic digestion of sewagesludge and sorted organic fractionof municipal solid waste to attainthe energetic autonomy in waste-water treatment plants». Works-hop of the FAO-CNRE: BiogàsProduction Technologies. Zarago-za, 10-13 de abril.OLES, J.; DISHTL, N.; NIEHOFF, H.(1997). «Full scale experience oftwo stage thermophilic/mesophilicsludge digestion». Wat. Sci. Tech-nol., 36, p. 449-456.PNLD (2001). «Plan Nacional deLodos de Depuradora». BoletínOficial del Estado, núm. 166 (12julio 2001). Resolución de 14 dejunio de 2001. RIMKUS, R.; RYAN, J.; COOK, E.(1982). «Full scale thermophilicdigestion at the west-southetwestsewage treatment works». Jour-nal WPCF (Chicago, Illinois), 54(11), p. 1447-1457.

206


Valoración de lodos dedepuradora: ProyectoLodo - prefabricadosVerònica KuchinowZICLA. Productos Reciclados parala Construcció[email protected]

Los lodos de depuradora urbanaya se pueden convertir en materia-les de construcción. La tecnolo-gía Lodo permite incorporar esteresiduo en matrices de cementopara fabricar prefabricados de hor-migón, como si se tratase de unamateria prima más. De esta forma se logra valorizarun residuo de generación conti-nua y de complicada gestión.

AntecedentesLa tecnología Lodo es el resultadodel Proyecto de investigaciónLodo, desarrollado desde el año1993 por la UPC1 con el apoyo dela Junta de Saneamiento (ahoraAgencia Catalana del Agua) y lasempresas ACYCSA y Taller d’En-ginyeries, SA.

Iniciado con fangos deshidrata-dos para aplicaciones en hormi-gones para bases y subbases decarreteras, el proyecto continúaactualmente con la aplicación defangos secados térmicamente enprefabricados de hormigón.

Dos tesis doctorales y numero-sas tesinas, publicaciones y tra-bajos de investigación demuestranla viabilidad científica del métodode valorización. El proyecto pilotode fabricación de-muestra su via-bilidad comercial, técnica y econó-mica, como alternativa válida detratamiento finalista.

La tecnología LodoLa tecnología Lodo es un métodode tratamiento de fangos residua-les mediante ligantes hidráulicosque transforman el residuo en unmaterial estable, inerte, duradero,

y apto para obra civil. Consiste enla mezcla íntima de fangos resi-duales con ligantes hidráulicos yaditivos específicos.

La estabilización se basa en lafijación de los elementos tóxicos(metales y materia orgánica, prin-cipalmente) presentes en el resi-duo mediante la acción conjuntade efectos como por ejemplo:

- la densificación, - la formación de compuestos

insolubles y - la combinación química con

productos de nueva formación pro-venientes de la solidificación delcemento, que, entre otras cosas,basifica fuertemente la mezcla.

El aprovechamiento para obracivil, por otro lado, es posible gra-cias a las características mecáni-cas que consigue el material unavez endurecido.

La tecnología Lodo se ha desarro-llado para una amplia gama de fan-gos residuales que engloba desdelos industriales hasta los urbanos,frescos o secos (deshidratados osecados térmicamente), de origenfisicoquímico o biológico. Las prin-cipales conclusiones del proyectoson las que se indican a continua-ción:

Resumen de las conclusionesde la aplicación de fango frescoCualquier tipo de fango es posibleestabilizarlo mediante ligantes hi-dráulicos a base de mezclas direc-tas de los mencionados ligantescon el fango que se debe tratar y unajuste del agua necesaria para lacorrecta solidificación del ligante.

El ligante óptimo es el cementoen proporciones de hasta 2:1(ligante:fango), según las aplica-ciones.

El porcentaje máximo de lodo enlas mezclas es del 35% del pesototal del producto.

La retención de especies conta-minantes se produce gracias a

estructuras químicas de nueva for-mación que engloban en sus unio-nes estos contaminantes. Lasuniones son químicamente esta-bles y fuertes y admiten altos índi-ces de contaminantes.

El producto obtenido es altamen-te impermeable, lo cual implicauna encapsulación casi perfectaque protege el sistema estabiliza-do frente a la entrada de agua ycontra la lixiviación de elementoscontaminantes. La permeabilidad(ensayo LCPC) no se manifiestahasta presiones de 6 atmósferaspara la mayor parte de dosifica-ciones ensayadas y es ínfima.

El curado repercute de la formahabitual en los sistemas convencio-nales con ligantes hidráulicos. Loslodos tienen, en este aspecto, unefecto de agua positivo y modera-do. Su contribución al buen com-portamiento reológico de la mezclaen fresco es notable. Eso se tradu-ce en un excelente efecto tampóndel producto obtenido respecto alagua, lo cual permite una granindependencia de las propiedadesmecánicas obtenidas para su usoen obra civil respecto al agua adi-cionada (pequeños excesos nor-malmente conducen a una rápidabajada de las resistencias y per-meabilidades).

El producto obtenido ofrece unaspropiedades mecánicas muy res-petables y alcanza resistenciascompatibles con aplicacionescomo por ejemplo rellenos, baseso subbases, etc. Es posible llegara valores de hasta 70 kg/cm2 enprobetas con lodos de depurado-ras industriales. Además, lascaracterísticas intrínsecas de loslodos confieren al producto unamayor elasticidad, como lodemuestran los módulos de defor-mación obtenidos. (ver tabla enpágina 80)

207

1. Departamento de Ingeniería de la Construcción de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de

Barcelona.


Resumen de las conclusionesde la aplicación fango secoCualquier tipo de fango secadotérmicamente se puede estabilizarmediante ligantes hidráulicos enaplicaciones industriales tipo pre-fabricados de hormigón.

El porcentaje máximo de fangoseco en la aplicación es de un 10-15% sobre peso de cemento.

Con estas dosificaciones no seaprecia ninguna clase de diferen-cias en el producto ni en el proce-so.

La adición de lodo mejora laresistencia a flexotracción.

La adición de lodo no genera nin-gún impacto ambiental; son piezastotalmente inertes.

Conceptos básicos sobre losmecanismos de estabilización

La inertización de las sustanciasy especies iónicas contaminantescon un sistema basado en la soli-dificación y el endurecimiento deligantes hidráulicos se basan encuatro puntos:

La reacción de los contaminan-tes con los compuestos del ligan-te y la producción de sustanciasinsolubles en agua y otros líqui-dos.

La incorporación en el edificiocristalino de algunos productos dela hidratación del cemento.

La adsorción en los hidratos for-mados por el cemento que tienenuna alta superficie específica.

La baja velocidad de transporte(capilaridad y difusión) que se pue-de conseguir.

Solubilidad de los metales pesa-dos en un sistema basado en elcemento endurecidoLa fuerte alcalinidad del medio quecrea el cemento cuando se hidra-ta es un buen punto de partida, yaque la mayor parte de los metalespesados forman, en estas condi-ciones, compuestos insolubles (loshidróxidos correspondientes) con

lo cual se garantiza la fijación per-fecta.Fijación de metales contaminan-tes por la red cristalina de algunoscomponentes del cemento hidra-tadoEl ettringita, forma cristalina omonosulfatada obtenida de la soli-dificación del cemento, es unaestructura muy adecuada para fijarespecies iónicas contaminantes.El cromo, el manganeso, el cad-mio, el plomo y el arsénico formansoluciones sólidas cuando estánintegrados en estos sulfoalumina-tos.

La adsorción en los hidratos decemento y sus mezclasLa retención por parte del cemen-to y clínquer es un fenómeno deadsorción dentro de de la estruc-tura piroxenoide del silicato cálci-co hidratado (CSH o tobermorita)y el papel de la ceniza volante serelaciona con la densificación delsistema, pero también con unacontribución al fenómeno deadsorción.

Disminución del transporte poragua y líquidos orgánicosEl transporte de líquidos en el hor-migón depende sobre todo del sis-tema de poros, del tipo de líquido,de la temperatura y de la humedad.Los mecanismos que predominanson la succión capilar y la difusión.

La fijación de los metales pesa-dos en la pasta de cemento cierratodavía más el sistema de poros ydificulta el transporte.

Por lo que respecta a los pro-ductos orgánicos, la fuerte alcali-nidad los hace insolubles o pocosolubles, y la gran densidad que sepuede lograr dificulta mucho sumovimiento.

AplicacionesLas aplicaciones posibles de la tec-nología Lodo son las siguientes:(ver tabla en página 81)

Material de rellenoEstabilización del fango para serusado como materiales de relle-no.

Pensado para casos en los quese requieren grandes cantidadesde material de relleno para obrasde ampliación de puertos, paraganar terreno al mar.

Con dosificaciones de sólo pas-ta de cemento (sin áridos) se lograun material sólido y estable: Dosificación:

Fango 65%Cemento 32%Aditivo 1%Agua 2%

Características del materialInicio de la toma 12 horasFinal de la toma 50 horasDensidad 1.100 kg/m3

HormigónInclusión del fango en la fabrica-ción de hormigón en masa paraaplicaciones como, por ejemplo,pavimentos, rellenos de zanjas,etc.

Pensado para depuradoras denúcleos urbanos grandes, con difi-cultad para tratamientos conven-cionales (alta carga de contami-nantes, rechazo social, falta deterreno para vertederos…). La fabri-cación del hormigón se podría rea-lizar en la misma depuradora con lainstalación de pequeñas plantasde producción para aplicacionesmunicipales. (ver tabla en página82)

Características del materialResistencia a compresióna 28 días 121 kp/cm2

Resistencia a flexotraccióna 28 días 31 hp/cm2

Módulo de elasticidad7.000 Mpa

Densidad 1990 kg/m3

Estabilidad volumétrica2

0,05 Dl/l0-106Permeabilidad ImpermeableLixiviación Dentro de norma

208

2. Ciclos de humedad-sequedad.


Grava-cementoInclusión del fango en la fabrica-ción de gravas tratadas (grava-cemento) para aplicaciones enbases y subbases de carreteras.

A pesar de que es una aplicacióntécnicamente viable, logísticamen-te su aplicación es difícil ya que lagrava-cemento se necesita pun-tualmente en grandes cantidades,mientras que la producción de fan-gos es continua.

Prefabricados de hormigónUtilización del fango de depurado-ra secado térmicamente comomateria prima para la fabricaciónde productos prefabricados dehormigón.

Con fango seco, debido a la con-centración de todos los contami-nantes, hay que bajar los porcen-tajes de adición, porque pequeñascantidades ya son perceptiblespara los hormigones.

Por otro lado, en prefabricados,gracias a la fuerte compactación ala que están sometidas las piezasdurante su proceso de fabricación,es posible añadir la máxima pro-porción de fango que un hormigónpuede absorber. Aplicaciones delhasta el 10% sobre cantidad decemento no alteran ni las propieda-des del producto ni el proceso defabricación.

(Ver gráfico en página 84)

BibliografíaVALLS, S. Estabilización física y quí-mica de los lodos de depuradorade aguas residuales y de materialde demolición para su utilizaciónen ingeniería civil. Barcelona, 1999.[Tesis doctoral]YAGÜE, A.; VALLS, S.; VÁZQUEZ, E.;KUCHINOW, V. «Utilización de lodoseco de depuradora de aguasresiduales como adición en ado-quines de hormigón prefabrica-do». Materiales de Construcción[Barcelona], vol. 52, núm. 267(2002).– «Study of hydration of cementpastes and dry sewage sludge».Proceedings of the InternationalSymposium by the Recycling and

Reuse of Sewage Sludge. Dun-dee, Scotland, UK, 2001VÁZQUEZ, E.; VALLS, S.; ROCA, S.;ROVIRA, J.; AURIN, R.; KUCHINOW, V.;GASSÓ, A. «Material per a bases isubbases de carretera amb llotsde depuradora i enderrocs».Ponències de les Jornades sobrela Reutilització de Fangs de Depu-ració d’Aigües Residuals Urbanes.Barcelona: Junta de Sanejament:Generalitat de Catalunya. Departa-ment de Medi Ambient, 1996.VALLS, S.; VÁZQUEZ, E. «Stabilizationand solidification of sewage slud-ges with Portland cement».Cement and Concrete Research,vol. 30, núm. 10 (octubre 2000), p.1671-1678.

209


La valoración energéticadel compost de fangoJosep Saña VilasecaDoctor en Ciencias Quí[email protected]

IntroducciónEntre su generación en la EDAR ysu destino final, los fangos se pue-den someter a lo que se llamanpostratamientos. Los más habi-tuales en nuestro país son el com-postaje y el secado térmico, y tie-nen por finalidad facilitar sualmacenamiento, reducir los cos-tes de transporte hasta el destinofinal o, incluso, ampliar el abanicode posibilidades a la hora de reu-tilizar-los o eliminarlos definitiva-mente.

Actualmente en Cataluña secompostan aproximadamente180.000 toneladas de fango al año(Agencia Catalana del Agua,2005), hecho que representa el32% de los fangos generados (verla figura 1 en la página 87). En lasinstalaciones de titularidad pública–Vilaseca, Blanes, Manresa y Olot–se compostaron unas 44.000toneladas durante el año 2005 –un24% del total compostado–, y elcompost producido se destinócasi en su totalidad a la jardinería,ya sea privada, municipal o deobra pública. A la práctica, esteuso se ve condicionado por dosfactores:

- La fuerte estacionalidad de lademanda.

- La oferta cada vez mayor deotros composts (de estiércoles, deFORM, etc.).

Este hecho comporta que, aun-que se sobredimensionen losalmacenes de las instalaciones,muy a menudo quedan colapsa-dos por la falta de demanda. Porlo tanto, es de interés buscar alter-nativas al destino actual del com-post de fango que puedan cubrirlas épocas en las que no haydemanda agraria.

En este artículo se valora el inte-rés de una de estas alternativas: lavalorización energética del com-post de fango, en concreto la

generación de electricidad median-te su incineración en instalacionesadecuadas.

Particularidades del procesode compostaje de fangosEl proceso de compostaje de fan-gos requiere la adición de unmaterial estructurante –habitual-mente, corteza o astilla–, el cualcumple una doble función:

- Dar macroporosidad a la mez-cla para facilitar el paso del airepor su interior y lograr, así, las con-diciones aerobias que requiere elcompostaje.

- Absorber agua por capilaridadde los grumos de fangos y lograr,así, que estos grumos adquieranuna microporosidad interna quepermita la penetración del aire.

Para funcionar correctamente,las mezclas de estructurante y fan-go deben ser extremadamentericas en el primero. Así, las relacio-nes volumétricas empleadas en lasplantas de compostaje públicasvan desde 2/1 hasta 5/1. Y dadoque los materiales estructurantesutilizados, aunque son biodegra-dables, casi no se ven afectadosen la corta duración del procesode compostaje, tiene mucho sen-tido recuperarlos por reutilizar-losen ciclos posteriores de compos-taje.

Cuando una instalación de com-postaje se plantea recuperar todoel estructurante que le sea posible,interesa que la mezcla resultantedel proceso sea suficientementeseca porque:

- La separación por cribado delestructurante y el fango compos-tado (o semicompostado, depen-diendo del momento en que serealice la separación) no resultegravosa por causa de atascos fre-cuentes de la criba.

- El estructurante recuperadomantenga una capacidad similarpara absorber agua por capilari-dad –presente una sequedad simi-lar a la que tenía originalmente– ypueda dar microporosidad a losgrumos de fango del ciclo de com-postaje siguiente.

Para lograr que los productosresultantes del compostaje tenganla sequedad adecuada, es nece-sario que el fango que se tieneque compostar contenga suficien-te materia orgánica degradable–genere suficiente energía duran-te el proceso– para conseguir:

- Calentar la mezcla que se tieneque compostar y el aire circulante.

- Evaporar la cantidad suficientedel agua introducida con el fangopara recuperar un material estruc-turante con características (seque-dad) similares al original. Es decir,se debe cumplir que: Agua evapo-rada >– Agua aportada por el fan-go + Agua generada por descom-posición de la materia orgánica -Agua contenida en el compost defango.

Si el balance hídrico así plantea-do no resulta positivo, hay unexcedente de agua que se acu-mula en el estructurante recupera-do, el cual va perdiendo progresi-vamente su capacidad paraabsorber agua.

Hasta hace pocos años, el balan-ce hídrico de los procesos decompostaje de las instalacionespúblicas de Cataluña era negativoporque se tratan fangos:

- Ya preestabilizados –de diges-tión anaeróbica, de oxidación pro-longada, etc.– con unos contenidosen materia orgánica degradableinferiores a los de los fangos cru-dos.

- Con escasa sequedad, quehabitualmente se encuentra entreel 15% y el 20%. Eso hace que larelación entre agua introducida(agua que se debe evaporar) ymateria orgánica potencialmentedegradable (energía para evaporarla agua) sea muy desfavorable (verfigura 2 en página 89).

A finales del año 2002, y con lafinalidad de cambiar el signo delbalance hídrico del proceso, seempezaron a introducir materialescomplementarios que:

- Aportasen materia orgánicadegradable, como por ejemplo elposo de café.

- Incrementasen la sequedad, en

210


concreto pellet procedente de lasinstalaciones de secado térmicode fango y, por lo tanto, redujesenla relación agua - materia orgáni-ca introducidas con los fangos.

Hoy día, las instalaciones decompostaje públicas funcionanincorporando pellet en una propor-ción de aproximadamente un 7,5%respecto al fango tratado y obtie-nen de forma casi sistemática uncompost de fango que ronda el65-70% de materia seca. Con estasequedad se consigue separarfácilmente por cribado el fangocompostado del estructurante yeste último mantiene intactas suscaracterísticas como absorbente.En la figura 3 (ver página 89) sepresenta un balance de masasrepresentativo de las actuales con-diciones de proceso a las mencio-nadas instalaciones de composta-je de fango.

Valorización energética delcompost de fangoEl único dato experimental delpoder calorífico inferior (PCI) de uncompost de fango al que se ha teni-do acceso procede de la planta decompostaje de Vila-seca y Salou, yes de 10 MJ/kg de materia seca.Este dato está en consonancia conel PCI que la bibliografía (Haug,1980, y Stasta et al., 2006) otorgaa los fangos de EDAR y que oscilaentre los 8 y los 12 MJ/kg de mate-ria seca. Los mismos autores men-cionan descensos en el PCI deaproximadamente el 1,25% porcada 1% de incremento de lahumedad del material.

Si tomamos como referencia elPCI de esta muestra de Vila-secay Salou, y dado que la sequedadde los composts de fango que segeneran actualmente en las insta-laciones públicas de compostajede fangos de Cataluña oscila entreel 65 y el 70%, encontramos quesu PCI oscila entre los 5,6 y 6,3MJ/kg de compost tal y como seproduce (ver tablas 1 y 2 en laspáginas 90 y 91). Y si, con la fina-lidad de valorizar energéticamente

el compost de fango, se forzase elproceso de compostaje para obte-ner un producto con una sequedaddel 80% –hecho que a la prácticaya se ha logrado–, el PCI rondaríalos 7,5 MJ/kg de compost. Hayque remarcar que sequedades deestos valores ya se han logrado ala práctica, simplemente incremen-tando la proporción de pellet a lamezcla con fango ligeramente porencima del valor habitual.

Si tomamos como referencia elrendimiento real de la incinerado-ra de residuos sólidos urbanos delMaresme (Consorcio para el Trata-miento de Residuos Sólidos Urba-nos del Maresme, 2006), el coefi-ciente de generación de energíaeléctrica oscilaría entre los 0,34 ylos 0,45 kW·h/kg de compost.

Finalmente, si tenemos en cuen-ta que se generan, de media, unas0,19 toneladas de compost porcada tonelada de fango tratado,el rendimiento energético estaríaentre los 65 y los 87 kW·h/t defango compostado. Las instalacio-nes públicas de compostaje defangos, la mayor parte de las cua-les son cerradas y con complejossistemas de recirculación y trata-miento del aire, tienen unos consu-mos eléctricos bastante elevados,de unos 50-60 kW·h/t de fangocompostado. Por lo tanto, la valo-rización energética a través de lageneración eléctrica en épocas enlas que la vía habitual de la agricul-tura o la jardinería no fuera factibleretornaría como mínimo el gastoenergético implícito al proceso delcompostaje.

Con esta información tambiénsería interesante estudiar la viabi-lidad o el interés de la alternativacompostaje/valorización energéti-ca a través de la generación deelectricidad para los fangos conelevados contenidos de metalespesados, y que por eso resultaninapropiados para la agricultura.Dado que en tal caso el aprove-chamiento energético no seríaestacional, sino continuo, sepodría diseñar el proceso paragenerar un compost de elevada

sequedad, y por lo tanto con unPCI apreciable. También se podríaplantear la utilización como estruc-turante de los restos de mueblesviejos o de aglomerado trincha-dos, inapropiados cuando el com-post se destina a la agricultura.

ConclusionesSe estima que el rendimiento eléc-trico potencial del compost de fan-go producido en las instalacionespúblicas de Cataluña está entrelos 0,34 y los 0,45 kW·h/kg decompost, lo que representa entre65 y 87 kW·h/t de fango compos-tado. Con este rendimiento secompensaría, como mínimo, elgasto energético implicado en elproceso de compostaje.

La valorización energética delcompost de fango tendría sentidoen las épocas en las que no haysalida hacia la agricultura o la jar-dinería, o en el caso de un com-postaje gris en el que estos desti-nos no son posibles.

Interesaría profundizar en la via-bilidad del compostaje como alter-nativa biológica al secado térmicode los fangos que no son aptospara la agricultura debido a su ele-vada carga en metales pesados omicrocontaminantes orgánicos.Este compost podría ser poste-riormente valorizado energética-mente, tal y como sucede con elfango secado térmicamente.

BibliografíaAgència Catalana de l’Aigua(2005). Producció de Fangs. Cam-panya 2005.HAUG, R. T. (1980). «Compostengineering. Principles and Practi-ce». Ann Arbor Science, p. 1-655.Consorci per al Tractament deResidus Sòlids Urbans del Mares-me (2006). Dades tècniques deplanta de tractament de residussòlids.STASTA, P.; BORAN, J.; BEBAR, L.;STEHLIK, P.; ORAL, J. (2006). «Ther-mal processing of sewage slud-ge». Applied Thermal Engineering,núm. 26, p. 1420-1426.

211


Secado térmico defangosTomás Cazurra PérezDirector técnico. Depuradora delBaix Llobregat, [email protected]

Producción de fangos dedepuradoras de aguasresiduales La explotación de las estacionesdepuradoras de aguas residualeslleva implícita la producción de fan-go, con una cantidad y calidadvariables que dependerá del cau-dal y las características del aguatratada y de la tecnología aplicadaen la EDAR.

La entrada en vigor de la Directi-va 19/271 de 1991 estableció laobligación a todos los estadosmiembros de construir estacion-es depuradoras de aguas residua-les en unos períodos de tiempodeterminados, dependiendo deltamaño de la población. Concreta-mente los límites que fijaba paraque las aguas residuales recibie-sen un tratamiento secundario oun proceso equivalente eran:

- A más tardar, el 31 de diciem-bre del año 2000 para todos losvertidos que procedieran de aglo-meraciones que representaranmás de 15.000 habitantes equi-valentes.

- A más tardar, el 31 de diciem-bre del año 2005 para todos losvertidos que procedieran de aglo-meraciones que representaranentre 10.000 y 15.000 habitantesequivalentes.

- A más tardar, el 31 de diciem-bre del año 2005 para los vertidosen aguas dulces o estuarios queprocedieran de aglomeracionesque representaran entre 2.000 y10.000 habitantes equivalentes.

Como consecuencia de la aplica-ción de esta Directiva, el númerode plantas depuradoras ha creci-do de una forma espectacular ycon ellas, en paralelo, la produc-ción de fangos. Gracias a lasdepuradoras construidas, se haresuelto el problema de la calidaddel agua de los cauces receptores

o puntos del litoral donde se ver-tían antes de su construcción lasaguas sin depurar, pero en cambiohan aumentado las dificultadespara encontrar un destino al fangoproducido.

En la resolución del problema«qué hacer con los fangos de lasdepuradoras de aguas residuales»han aparecido variables nuevas enlos últimos años que dificultan lagestión de su eliminación. Hay dosvectores opuestos que complicanla solución: por una parte, elaumento importante en la canti-dad de fango producido año trasaño a medida que se han idoconstruyendo depuradoras, y porotra, el incremento de las exigen-cias ambientales que regulan sueliminación.

Entre las regulaciones medioam-bientales que restringen los desti-nos del fango están el mismotransporte, cada vez más caro ycomplicado, y el uso de vertederosque de acuerdo con la Directiva1999/31 CE (relativa al vertido deresiduos) se restringe la humedad.Aplicaciones bastante generaliza-das como son el uso del fangocomo abono para la agricultura,bien sea directamente después dedigestión y deshidratación o des-pués de ser sometido a un proce-so de compostaje, han quedadorestringidas por la Directiva 86/782CEE.

Resumiendo, cada vez se produ-cen más toneladas de fango por-que el número de depuradoras ysu capacidad de tratamientoaumentan y, al mismo tiempo, lasnuevas reglamentaciones medio-ambientales imponen criterioscada vez más restrictivos en losdestinos habituales de los fangos.Así pues, ha sido necesario encon-trar tecnologías relativas a su trata-miento que permitiesen encontrarsoluciones para gestionar los fan-gos de una forma medioambientalcorrecta. Entre esas tecnologías seencuentra el secado térmico defangos.

El agua en el fango Los centros de producción de fan-gos en una EDAR son los decan-tadores, bien sean primarios osecundarios; los fangos retiradosdel fondo de estos tanques desedimentación no alcanzan unasequedad del 1%. El primer trata-miento a que se someten paraaumentar la concentración es unproceso de espesamiento, biensea por gravedad, flotación omediante el empleo de centrífugas(con o sin adición de polielectróli-to). El fango resultante alcanza unsequedad entre el 4% y el 6%, loque supone que el volumen defangos se reduce a una cuarta ouna sexta parte del que fue purga-do desde decantación.

Los fangos resultantes del proce-so de depuración de aguas resi-duales urbanas tienen un carácterhidrófilo. El agua presente en elfango está en forma libre y ligada,y ésta última incluye el agua dehidratación coloidal, el agua capi-lar y el agua celular.

La naturaleza higroscópica delfango de la EDAR hace que seamás difícil extraer el agua que si setratase de un material inorgániconormalmente con redes capilaresmás sencillas.

Los sistemas mecánicos de des-hidratación permiten eliminar par-te del agua libre, mejorando sucapacidad de deshidratación acu-diendo normalmente a un acondi-cionamiento químico del fango, engeneral, mediante la adición depolielectrólito.

Los sistemas más usuales paradeshidratar el fango con sistemasmecánicos son filtros banda, cen-trífugas y filtros prensa. Dependien-do del tipo de fango y del sistemaempleado, se pueden alcanzarsequedades que oscilan entre el20% y el 30% o en algunos casossuperiores, si el fango es físico-quí-mico.

Para poder eliminar el agua liga-da y la parte del agua libre, que noes posible por procedimientosmecánicos, hay que acudir a laaportación de energía térmica que

212


rompa la red coloidal al elevar latemperatura, fenómeno que seconsigue con el acondicionamien-to térmico del fango, mediante elsecado térmico o en la incinera-ción.

Si el sistema empleado es unsecador térmico, la sequedadresultante final estará alrededor del85%, lo que supone, como ya secomentará más adelante, que lacantidad de fango que produciráuna depuradora a la que se le aña-da como sistema de postratamien-to del fango un secado térmicoserá la cuarta parte de la que pro-duciría si la línea de fangos acaba-se en la deshidratación mecánica.

Acondicionamiento térmicodel fangoPuesto que el acondicionamientotérmico del fango va asociado enmuchas depuradoras con el seca-do térmico, a continuación seexponen sus principales caracte-rísticas y ventajas.

El acondicionamiento térmico delfango eleva su temperatura hastalos 60°C con el fin de mejorar sucapacidad de deshidrataciónmecánica y/o reducir el consumode polielectrólito. Lo que se pre-tende, en esencia, es aumentar lasequedad y reducir el consumo depolielectrólito. El aumento desequedad está alrededor de un 4-5% y la reducción del consumode polielectrólito en un 15-20%.

La energía calorífica necesariapara calentar el fango se puedeaportar de diferentes formas, des-de quemar un combustible ajeno ala EDAR (gas natural, gasoil, etc.)hasta aprovechar el biogás genera-do en los digestores anaeróbicosde la depuradora o, lo que es mejor,utilizar el calor residual del circuitode refrigeración o de los gases deescape de un motor de cogenera-ción. Este último supuesto, ade-más de obtener la energía calorífi-ca necesaria a un mínimo coste,facilita esta aplicación del calorsobrante a los motores para cum-plir mejor el estatuto de cogenera-dor (ver figura 1 en página 95).

En las EDAR donde se haceacondicionamiento térmico delfango, es usual que el sistema dedeshidratación sea mediante cen-trífugas, ya que el fango cuando secalienta a 60°C desprende voláti-les y un fuerte olor que gracias a laestanqueidad de la centrífuga sereduce de una forma considera-ble frente a otras soluciones abase de filtros banda o prensa.

Secado térmico de fangosLa línea de fangos la componen elconjunto de conducciones, depó-sitos y equipos, por medio de loscuales se transporta y gestiona elfango, tanto para minimizar suvolumen como para obtener unacalidad idónea a su destino final.

Los criterios básicos aplicablespara el diseño de una línea de fan-gos son:

- Reducción de la cantidad defango producido.

- Valorización de los fangos pro-ducidos.

- Minimización del impactoambiental.

- Optimización del coste econó-mico del destino de los fangos.

- Adopción de tecnologías con-trastadas.

- Simplificación en el movimien-to de los fangos.

El proceso de secado térmico loque hace es aportar la energía tér-mica necesaria para eliminar elagua hasta el límite para el que sehaya diseñado (normalmente alre-dedor del 90% de sequedad en elfango).

Las necesidades térmicas paraevaporar un kilogramo de agua apartir de una temperatura de 20°Cson 620 kcal.

La energía térmica necesariapara evaporar el agua, en la prác-tica, depende de la eficiencia decada tipo de secador. Como térmi-no medio se puede considerar unconsumo de unas 750 kcal/kg deagua evaporada. La forma deaportar este calor al fango es laque sirve para hacer una clasifica-ción de los tipos de secado térmi-co.

El secado térmico de los fangoses un postratamiento que cumplelos criterios básicos de diseñoenumerados anteriormente. Con-sigue reducir las cantidades defango pasándolo de la sequedadde entrada del 20-35% (según elsistema de deshidratación emple-ado, filtro banda, centrífuga, filtroprensa) al 90%, lo que en generalsupone que el volumen de fangoen la salida sea entre una terceray una quinta parte del de la entra-da.

Higieniza el fango tratado ya quelo somete a temperaturas próxi-mas a los 100°C y al mismo tiem-po estabiliza transitoriamente lamateria orgánica al inhibir los pro-cesos de descomposición bacte-riana por falta de agua.

En cuanto al aspecto de valoriza-ción y reutilización, permite trans-formar un producto pastoso (20%de materia seca) en un productoseco, generalmente en forma depellets o bolas de entre 1 y 3 mmde diámetro, que puede ser aplica-do en la agricultura, si sus carac-terísticas de composición en cuan-to a metales pesados lo hiciesencompatible para este fin. Su pre-sentación granular seca lo hacemás fácilmente aplicable en loscampos, reduciendo considera-blemente los costes de transpor-te y aplicación, ya que las cantida-des a distribuir quedan reducidasa la cuarta parte para aportar lamisma cantidad de nutrientes y elhecho de actuar como correctororgánico es un valor añadido, quemejora la estructura del suelo.

El fango seco puede ser igual-mente utilizado como combusti-ble de baja calidad, en general, encementeras (el valor calorífico deestos pellets tiene una equivalen-cia aproximada de 4 kg de pellets= 1 litro de gasoil), en incinerado-ras de basuras y plantas térmicas.

Minimiza el impacto ambientalque supone en muchos casos elhecho de enviar los fangos a unvertedero, ya que al llevar sólo un10% de humedad (la misma que ladel papel normal) elimina los lixivia-

213


dos que pudiera generar y alargala vida útil del vertedero al reducirel volumen ocupado por el aguaque contenía.

En términos estrictamente mone-tarios puede establecerse que, engeneral, la optimización del costeeconómico en el secado térmicoserá competitiva en aquellas situa-ciones en que el fango no puedatener un destino como aplicaciónal suelo y la alternativa del vertede-ro tenga un coste de tasa deentrada más transporte > 30euros/t como coste de referencia.

Es una solución con una tecno-logía contrastada que, aunque nomuy difundida, sí tiene años deexperiencia. Los tamaños de apli-cación, en general, son a partir deuna capacidad de evaporación de2 m3/hora, lo que equivale a unacapacidad de tratamiento, para unfango con un grado de sequedadde entrada del 30%, de 18.000t/año, lo que supone una o variasEDAR que traten en conjunto uncaudal de 40.000 m3/día de aguaresidual. Las instalaciones desecado térmico suelen ser modu-lares con varias unidades, cuyostamaños estándar son de 1, 2, 3,y 4 m3/hora.

En cuanto al transporte de losfangos, suelen ser instalacionesque dan servicio a más de unadepuradora y normalmente estáninstaladas en la que producemayor cantidad de fango, lo queimplica un movimiento del fangodesde otras plantas hasta la insta-lación de secado y resulta rentableal aprovechar la economía deescala. Además, permite hacerfuncionar el secado en su totalcapacidad al regular la entrada defangos con las plantas satélitesque lo transportan hasta la central.

Para ello es imprescindible preveren el diseño del secado una tolvade recepción de fangos que pue-da hacer de pulmón regulador tan-to para las épocas del año en quefluctúe a la baja la producción defangos como en aquellas plantasque sólo deshidraten durante eldía y se pretenda, como suele ser

muy usual, funcionar las 24 horas.Igualmente en la planta central esnecesario un silo regulador u otrosistema que permita, en caso deavería, poder llevar los fangos aotros destinos alternativos, quepodrían ser otro secado, aplica-ción al suelo, vertedero, compos-tajes, etc., dependiendo de lascaracterísticas del fango.

Tipos de secadoresDependiendo de la forma de trans-misión del calor al fango hay dostipos de secadores:

Contacto. Los sólidos a secarson calentados por contacto conuna superficie caliente (indirecta).

Es fundamental la superficie delsecador, por lo que son más efec-tivos aquellos que trabajan conuna capa fina de fango en contac-to con la superficie, normalmentecaliente con la circulación por suinterior de aceite térmico o vaporde agua.

Convección. Un gas caliente(aire, gases de escape…) transmi-te directamente el calor a la mate-ria a secar.

El rendimiento del secadoraumenta con el incremento develocidad del fluido.

Aparte de estos dos sistemasexisten los de radiación, pero queno son empleados a escala indus-trial en el secado de fangos.

Otra clasificación muy usual es lade directos e indirectos, quedepende de si los gases de com-bustión entran o no en contactocon el fango a secar.

En los secadores de convecciónse necesita una gran superficie defango expuesta a la corriente degases calientes. Normalmente esnecesaria una mezcla de fangodeshidratado y de fango ya secopara conseguir formar pequeñasbolas que ofrecen una mayorsuperficie de contacto con el gascaliente y además se facilita deesta forma su transporte a lo largodel secador.

La recirculación de productoseco en este tipo de secadorespretende conseguir una mezcla en

la que la sequedad a la entradaesté alrededor del 55% para evitarla fase plástica del fango, que es laque mayores problemas crea en eltransporte interior por la adheren-cia a las paredes del secador.

Descripción y esquemas de fun-cionamientoTipos de secadores por convec-ción:

- Secadores de tambor:desplazamiento neumáticodesplazamiento mecánico- Secadores de cinta o banda- Secadores de lecho fluidoTipos de secadores por contac-

to:- Secadores de discos- Secador de pisos múltiples (ver-

tical de bandejas)- Secador de estrato delgado

(turbosecador)A continuación se exponen los

esquemas de funcionamiento dealgunos de los sistemas.

Secadores de cinta o bandaEl fango se extrude dándole formade pequeños espaguetis que sedepositan sobre una cinta perfora-da. Esta cinta avanza dentro deun túnel en donde se expone auna corriente de gases calientes.Dentro de este sistema cabría dife-renciarlos por la temperatura delos gases, y puede llegar a funcio-nar algún modelo a muy baja tem-peratura ( 55°C) mediante la apor-tación de la bomba de calor (verfigura 2 en página 99).

Secadores de lecho fluidoEl fango húmedo se introduce enuna cámara parcialmente llena delmaterial que hará de lecho —elmismo fango seco. Por el fondo deesta cámara se inyecta un gascaliente, normalmente aire, quecrea unas turbulencias que man-tienen en suspensión la mezclalecho-fango. Debido al calor delgas y la turbulencia, el fango seseca. Los equipos de esta tecno-logía añaden otra fuente de apor-tación de calor a través de inter-cambiadores de calor sumergidos

214


en el lecho fluido (ver figura 3 enpágina 100).

Secador de estrato delgadoEsencialmente consiste en un cilin-dro que lleva una camisa calientey dentro del cual gira un rotor obli-gando al fango a desplazarse a lolargo de esta camisa caliente. Elcalor se aporta a esta camisamediante aceite térmico o vapor.En este tipo de secador, normal-mente, una parte del calor que seaporta es mediante aire caliente.En cierto modo, este tipo de seca-dor sería de contacto y de convec-ción, y las aportaciones de calorentre una forma y la otra estaríanrepartidas a dos tercios y un tercio.El tiempo de permanencia del fan-go es de pocos minutos.

Se puede graduar la sequedadde salida y no tiene recirculaciónde fangos (ver figura 4 en página101).

Secador solar de fangosEn este tipo de secador se utilizala radiación solar para calentar yevaporar el agua contenida en losfangos. Transforma los fangosdeshidratados (sequedad mínimadel 15%) en un producto seco ygranulado de sequedad ajustableentre el 45% y el 80%.

El secado se efectúa bajo inver-nadero por efecto de las radiacio-nes solares y con la ayuda de unamáquina de desplazamiento longi-tudinal que escarifica los fangos.Esta máquina asegura el volteo, laaireación y el transporte de los fan-gos a lo largo del invernadero.

Estos invernaderos exigen dispo-ner, además de la ventilación natu-ral, de una ventilación forzada deayuda. Es un sistema simple defuncionamiento automático, conunos costes bajos de explotación yque utiliza el sol como fuente deaportación de energía, lo que loshace recomendables para pobla-ciones medianas o pequeñas. Lacapacidad de evaporación de estasinstalaciones varía de 600 a 1.500kg de agua/m2/año dependiendode la región en donde se instale.

Diseño de la instalaciónLas instalaciones de secado térmi-co de fangos de depuración sonplantas de gran complejidad don-de intervienen cantidad de proce-sos –tecnologías– y de equipos dis-tintos, la mayor parte de los cualesson críticos, ya que su paro impli-ca el paro general del proceso.

En líneas generales, a mayorcantidad de equipos y compleji-dad de la instalación, mayor facili-dad de producirse incidencias ydificultad de explotación. Se haconstatado que una gran cantidadde los paros de las plantas soncausados por averías de equiposauxiliares, más que de los mismossecadores. Los elementos auxilia-res más comunes en las instalacio-nes de secado térmico son:

- Tolva de recepción de fangos- Bombas o tornillos de alimen-

tación- Mezcladora- Quemador- Alimentación de gas natural- Intercambiadores de calor- Criba molino- Recirculación de fango- Ciclón- Ventilador- Enfriador del producto seco- Circuito de agua para conden-

sación- Peletizador - Inertización- Control-automatización- Desodorización- Condensador- Silo de almacenamiento

Secado térmico - cogeneraciónEl coste más importante en laexplotación del secador es la ener-gía térmica necesaria para evapo-rar el agua. Esta energía se puedesuministrar mediante la utilizacióndel biogás de digestión, si existie-ra, complementado con una fuen-te externa (gas natural, gasoil, pro-pano…).

Con la finalidad de reducir loscostes de explotación del secadotérmico, se plantean soluciones decogeneración asociadas a estossecadores.

El esquema de estas cogenera-ciones es esencialmente el siguien-te: se instala un motor de gas o tur-bina, según el tamaño de lainstalación, siendo alrededor de 3MW el límite diferenciador. Losmotores o turbinas se dimensio-nan de forma que el aprovecha-miento de la energía calorífica delos gases de escape y circuitos derefrigeración, sumados al rendi-miento eléctrico, permitan estarincluidos dentro del estatuto decogenerador, para que, de esta for-ma, el sobrante de energía, si cabe,pueda exportarse a la red eléctrica.

Esquemas más usuales decombinación cogeneración -línea de fangos Para poder cumplir con el estatu-to de cogenerador, es necesariotener la máxima aplicación posibledel calor sobrante del motor o tur-bina. Las aplicaciones más lógi-cas de este calor dentro de la esta-ción depuradora son el secadotérmico, el calentamiento dedigestores y el acondicionamientotérmico del fango antes de deshi-dratar.

La combinación de las posiblesformas de presentación de la ener-gía térmica aprovechable, segúnsea el sistema de cogeneraciónempleado (motogenerador, turbinade gas, turbina de vapor, ciclocombinado), unido a los posiblesprocesos de aplicación de estecalor (acondicionamiento térmicodel fango antes de la deshidrata-ción, digestores y secado térmi-co), da lugar a un amplio abanicode posibles soluciones.

La aplicación más importante, encuanto a cantidad de calor, en elsecado térmico tiene, a su vez,una serie de variables según sea eltipo (convección, contacto y mix-to) y, a su vez, depende en los decontacto si el elemento transpor-tador del calor es aceite térmico ovapor de agua.

En los secados de contacto queutilizan aceite térmico, el salto tér-mico utilizable está aproximada-mente a partir de los 220 °C; en

215


los de convección la aplicación delcalor aprovechable se puedehacer desde la temperaturaambiente, y en los mixtos será fun-ción de la relación de calor de eva-poración contacto/convección.

El calentamiento de los digesto-res, así como el precalentamientode fangos antes de la deshidrata-ción, permite aprovechar el calorque no se puede aprovechar en elsecado térmico, sobre todo si éstees de tipo indirecto. Al podercalentar los fangos de digestión,permite que el biogás de diges-tión pueda destinarse a producirenergía eléctrica, bien en los mis-mos motores de cogeneraciónmezclado con gas natural, bien enpequeñas cogeneraciones especí-ficas para el biogás.

El acondicionamiento térmico delfango previo a la deshidrataciónexige calentarlo hasta una tempe-ratura próxima a los 60°C, y de lasexperiencias llevadas a cabo concentrífugas se infiere un aumentode la sequedad de cinco puntos,lo que redunda en una reducciónde la capacidad necesaria en elsecador al reducir el agua quecontiene el fango, además de unconsumo menor de polielectrólito.

Las figuras 5 y 6 (ver página 104)representan esquemáticamentedos tipos de secador asociados acogeneración.

Ventajas económicas delsistema secado térmico - coge-neración

La ventaja más inmediata es elahorro en el coste de explotacióndel secado térmico al disponer deenergía térmica sobrante de losmotores o turbinas a coste cerotanto para el secador como paracualquiera de las otras dos apli-caciones consideradas (calenta-miento de digestores y acondicio-namiento térmico del fango previoa la deshidratación).

El incremento del grado desequedad en la deshidratación encinco puntos implica que un fangocon una sequedad del 22% paseal 27%, permita reducir la capaci-

dad de la instalación del secadotérmico en un 25%, o bien mante-niendo el tamaño de la instalacióndando servicio a plantas exterioreshasta una cuarta parte más de sucapacidad, con las consiguientesreducciones de nivel de inversiónnecesaria para la construcción delsecado térmico si se opta porreducir el tamaño de la instalacióno dar servicio a más plantas si esla segunda alternativa la elegida.

La ventaja económica fundamen-tal radica en los ingresos obtenidospor la venta de la energía eléctricaproducida, acogiéndose al estatu-to de cogenerador, que permitetener un margen de explotaciónque hace viable amortizar la inver-sión a corto plazo. Este tipo de ins-talaciones resultan muy atractivas.

En cuanto al aprovechamientodel calor en los digestores, supo-ne poder destinar todo el biogásgenerado para producir energíaeléctrica, lo que supone unaumento de producción de laenergía eléctrica que se podríagenerar en una aplicación especí-fica de este biogás.

Todas estas ventajas hacen de lacombinación secado térmico -cogeneración una solución muyatractiva económicamente, medio-ambientalmente correcta, y lahacen competitiva con las líneasde fangos más usuales y conven-cionales. En los últimos años hatenido un importante crecimientoen cuanto al número de depurado-ras en las que la línea de fangoscontempla la inclusión de instala-ciones de secado térmico, engeneral asociadas a instalacionesde cogeneración.

Valoración del fango, residuoceroA través del proceso de secadotérmico es posible llegar al con-cepto de residuo cero, entendien-do como tal la total transforma-ción del subproducto fango en unrecurso útil para una aplicaciónposterior (agricultura, recursoenergético o materia prima para laconstrucción).

En el cuadro adjunto se indicanlos procesos de digestión y seca-do térmico, los productos resul-tantes de estos procesos y suposible aplicación. (ver tabla 1 enpágina 105)

Viabilidad económicaPara que sea viable la aplicaciónde la tecnología del secado térmi-co se necesitan unas capacida-des mínimas que oscilan alrededorde =̃ 50.000 m3/día o, lo que esmejor, proyectarlos para dar servi-cio a un grupo de plantas con unacierta proximidad geográfica queen conjunto superen el tamañoantes indicado.

Los parámetros que más afectana la viabilidad económica del seca-do térmico asociado a la cogene-ración son:

- Precio de venta de la electrici-dad

- Precio del gas natural- Rendimiento eléctrico del moto-

generador- Tamaño de la instalación- Humedad del fango- Contenido en materia orgánica- Tasa de vertederoLa sensibilidad de cada uno de

estos factores es muy variable y setiene que analizar para cada casoconcreto su influencia económica,la cual está, a su vez, condiciona-da por los valores que se adoptenpara el resto de los parámetros.

Una alternativa de futuroLa tendencia futura, y ya enimplantación, va en la idea de alar-gar la línea convencional de losfangos, añadiendo un nuevo pro-ceso de secado térmico, al tiem-po que introduce nuevos elemen-tos (precalentamiento de fangosantes de la deshidratación, insta-laciones de cogeneración a partirde gas natural…).

Todo ello supone que, cada vezmás, las líneas de tratamiento defangos exigen personal con expe-riencia y expertos en procesosinnovadores, principalmente liga-dos a aspectos energéticos. Saberaprovechar las oportunidades que

216


aporta el valor energético del fan-go supone reducir de forma subs-tancial los costes de explotación y,al mismo tiempo, da solución aldestino de los fangos.

Estos procesos permiten llegarhasta el límite del residuo cero,gracias a la valorización del pro-ducto final al transformarlo en unrecurso útil, válido para aprove-chamientos muy diversos (agricul-tura, combustible, materia primapara la construcción…).

En general, los procesos de valo-rización energética se irán impo-niendo a medida que las alternati-vas vertedero y aplicación al suelosean más restrictivas, por exigen-cias legales y costes asociados.Así está ocurriendo en algunospaíses del ámbito europeo dondese obliga a que los productos quevan a vertedero tengan un gradode sequedad > 35%, y un conte-nido en materia orgánica < 5%. Laregulación de la aplicación agríco-la es cada vez más restrictiva, poruna parte, sobre qué tipo de sue-los pueden recibir fangos, condi-cionantes físicos (distancia de cau-ces, poblaciones, pendiente, nivelfreático…), condicionantes quími-cos (límite de metales pesados ycompuestos halogenados), y, porotra parte, los relativos a la com-posición y el tratamiento a los queha estado sometido el fango.

Las instalaciones de secado tér-mico disponen de tecnología con-trastada, son viables económica-mente y valorizan el fangotransformándolo en un recurso útilpara un aprovechamiento poste-rior, lo que permite resolver el pro-blema del destino del fango de lasestaciones depuradoras de aguasresiduales de una forma medio-ambientalmente correcta. Es unarespuesta adecuada a la pregun-ta: ¿Qué hacer con los fangos?

217


La gasificación de losfangos de EDARXavier EliasDirector de la Borsa de Subpro-ductes de Catalunya

ResumenEste artículo hace referencia a lasvías de gestión de fangos deEDAR, a consecuencia de lasdirectivas sobre la limitación delvertido de la materia orgánica envertederos y el incesante aumen-to de los precios de los combus-tibles fósiles.

El artículo está dividido en dospartes. En la primera se parte delconocimiento físico y químico de lanaturaleza de los fangos. Además,se comentan los distintos siste-mas de conversión energética yse hace especial mención a lagasificación como el sistema másapropiado para la valorizaciónenergética de los fangos. Lasegunda parte se destina a mos-trar ejemplos prácticos y las dife-rentes conclusiones que se pue-den extraer.

1. IntroducciónLa misión de los fangos de lasEDAR (estaciones depuradoras deaguas residuales) es la del trata-miento de las aguas residualesprocedentes de distintas pobla-ciones hasta alcanzar las condi-ciones de vertido al cauce públicoobligadas por la ley en vigor. Lafracción sólida y buena parte de lasoluble contenida en el agua pasa-rán a formar parte del fango. Esohace que el fango tenga una grancantidad de agua. Como cada vezes más caro y complicado el trans-porte y la gestión a los vertede-ros, y además esta vía de gestiónestá en fase de progresiva prohibi-ción de acuerdo con la Directiva1999/31/CE, relativa al vertido deresiduos (el 16/7/2006 sólo podrállevarse al vertedero el 75% de lafracción biodegradable que seproducía en el año 1995, la canti-dad deberá ser del 50% en el2009, y solamente del 35% en el2016), la acción más lógica pare-

ce ser la de reducir, en una prime-ra etapa, el agua que hay en losfangos. La segunda etapa, la quese aborda en esta ponencia, con-siste en evaluar varios sistemas deconversión energética, en particu-lar la gasificación.

Desde el punto de vista ambiental,la depuración de las aguas transfie-re los contaminantes a los fangosresultantes, así las aguas quedanlimpias, pero el problema subsisteen los fangos (hay algunos investi-gadores, como por ejemplo Davis,que postulan que en las aguasdepuradas permanece entre el10% y el 30% de los metales). Lasvías tradicionales de eliminaciónde los fangos, como por ejemplola aplicación a la agricultura, yasea directamente vertiendo sobreel terreno o indirectamentemediante la fabricación de com-post, han quedado severamenterestringidas por la promulgaciónde la Directiva 86/728/CEE, sobreel uso de los fangos de depuraciónen agricultura (transpuesta comoRD 1310/1990).

La primera opción para la reduc-ción del impacto ha consistido ensecar los fangos hasta una seque-dad del 90% (a la salida de laEDAR, lo más habitual es unasequedad del 23%), que permitereducir considerablemente la can-tidad de residuo que se debetransportar al vertedero. Sinembargo, esta operación es caray el uso de la cogeneración comoapoyo económico en este tipo degestión ha demostrado que espoco eficiente. Hay que buscarnuevas vías de valorización máspróximas a las directrices ambien-tales que emanan de Bruselas.Una de estas vías es, precisamen-te, la gasificación.

Los fangos de EDAR, por sucondición de materiales orgánicose inorgánicos, presentan una com-plicada problemática cuando sonsometidos a un proceso de con-versión energética.

1.1. Sistemas de tratamiento defangos de EDARSólo a título de introducción, lafigura 1 (ver página 110) señalavarios tratamientos aplicados habi-tualmente a la gestión de fangosde EDAR.

La fracción sólida y buena partede los contaminantes presentesen el agua tratada son separadosconjuntamente como fango resi-dual. Tanto es así que hace pensarque hoy día éste es el principalproblema en la gestión de laEDAR.

Al margen de que en los aparta-dos siguientes se lleve a cabo unadescripción de cada uno de lostratamientos de fangos, es conve-niente hacer unas advertenciaspreliminares:

- La tendencia en los EstadosUnidos y la Unión Europea es rea-lizar un pretratamiento antes delvertido o de la aplicación al suelo,cosa que en España aún no sehace, por lo menos de maneramayoritaria.

- El compostaje es cada día máscontestado y no puede hacerse apartir de cualquier tipo de fango.

- Todos los sistemas térmicosson, de hecho, pretratamientos.

- En casi ningún lugar de la UE seutiliza la cogeneración como siste-ma de apoyo al secado térmicode fangos.

El fango de EDAR se componede un 77% de agua, de un 10-11% de materia inorgánica y deun 12-13% de materia orgánica, aconsecuencia de una serie de eta-pas de tratamiento por las que pasael agua residual. Contiene materiaorgánica, elementos de valor agro-nómico, como, por ejemplo, nitró-geno, fósforo, potasio y, en menorgrado, calcio, azufre y magnesio,y también contaminantes, princi-palmente metales pesados, conta-minantes orgánicos persistentes ymicroorganismos patógenos (vertabla 1 en página 111). Las carac-terísticas de un fango son conse-cuencia de la carga contaminantedel agua a la entrada de la EDARy de las características técnicas

218


del proceso al que se somete elagua.

Se pueden distinguir dos tiposde fango:

- Fango primario: se produce porel tratamiento fisicoquímico delagua de entrada en el tratamientoprimario de la EDAR.

- Fango secundario: procede deltratamiento biológico de la EDAR(purgas de fango activado) y deltratamiento terciario (clarificacióndel agua).

Ambos fangos habitualmente semezclan para recibir el tratamien-to de digestión anaeróbica en laEDAR o, sencillamente, para des-hidratarlos de forma mecánica.

Los residuos del tratamiento pre-liminar de las aguas no se mezclancon los fangos dado que se tratade las partículas y las grasas quese retienen en los filtros, los desa-renadores y la flotación (restos deplásticos, arenas, objetos flotan-do en las aguas).

Los compuestos contaminantesque potencialmente suele tener unfango son:

- Elementos potencialmente tóxi-cos: metales pesados como, porejemplo, cadmio, cromo (tetrava-lente y hexavalente), cobre, mer-curio, níquel, plomo y cinc; elemen-tos procedentes de productosquímicos del hogar; aportacionesprocedentes de las actividadesindustriales, etc.

- Contaminantes orgánicos:hidrocarburos poliaromáticos(PAH), PCB, ftalatos, derivados delbenceno, dioxinas y furanos. Algu-nos de estos compuestos sonfácilmente degradables en el pro-ceso de depuración de las aguas,mientras que otros son persisten-tes y acaban formando parte delfango.

Otros componentes relevantes,pero con consecuencias a largoplazo poco estudiadas, son elarsénico, el selenio y la plata, quejunto con las sustancias disrupto-ras endocrinas (aquellas que inter-fieren en el sistema endocrinodebido a su similitud con las hor-monas naturales) encuentran su

origen en los productos farmacéu-ticos de consumo.

2. Sistemas de conversiónenergéticaHay muchos sistemas de conver-sión energética que son utilizadosen la valorización de los residuos.El objetivo de todos ellos consisteen romper las largas cadenas poli-méricas que, en el caso de loscombustibles residuales, suelencoincidir con las materias contami-nantes con el fin de eliminar la toxi-cidad y recuperar el calor conteni-do. Desde el punto de vista de lasoperaciones fundamentales de lafísica, estos procesos se puedenreducir de forma esquemática acuatro, según cuál sea el agenteresponsable de la rotura del enla-ce:

- En la más conocida, la oxida-ción a alta temperatura, el calorgenerado por la reacción rompelas largas cadenas moleculares yexcita a los átomos hasta que secombinan con el oxígeno. Hayreacciones a media y baja tempe-ratura, parciales (por ejemplo lagasificación), catalíticas, etc.

- La pirólisis se podría considerarun caso particular del anterior,dado que el mecanismo responsa-ble de la rotura de los enlaces esel calor, pero no hay presencia deoxígeno, hecho que provoca quesea necesaria la aportación decalor exterior para desarrollar elproceso.

- En la hidrólisis, el agente res-ponsable es el agua. Con la ayu-da del calor, el pH o la energíacinética tiene lugar una recombina-ción de sustancias.

- En la radiólisis, como en la fotó-lisis, la energía procedente de laradiación es la responsable de larotura de los enlaces.

En este artículo sólo se mencio-nará la gasificación, si bien paraenmarcar la problemática se lleva-rá a cabo una pequeña reflexiónsobre los otros sistemas. Así, lafigura 2 (ver página 113) reprodu-ce de forma esquemática los dis-tintos procesos de conversión

energética. La degradación de lamateria orgánica es más o menosrápida según los parámetros queintervienen. Eso es lo que se pre-tende esquematizar en la mencio-nada figura:

- Fermentaciones aeróbicas yanaeróbicas, que son las que tienenlugar en los vertederos. Es obvioque una parte de la materia orgá-nica, como por ejemplo los pape-les, es poco degradable y puedetardar años a transformarse. Otros,por ejemplo los plásticos, aún pue-den tardar más. Eso hace que laopción de vertido sea la menosfavorable por lo que respecta a latasa de conversión energética.Desde la óptica ambiental, al mar-gen de la contaminación generadapor los lixiviados y el efecto inverna-dero producido por el biogás, esmuy importante ya que el metanogenerado (50% en volumen de estetipo de gas) se emite directamentea la atmósfera. Teniendo en cuen-ta que la molécula de CH4 tiene unacapacidad de absorción del infra-rrojo 21 veces superior al CO2, laincidencia sobre el efecto inverna-dero es muy importante. Ésta esuna de las causas de que sea obli-gado su tratamiento (oxidación) enlos mismos vertederos. En este gru-po también se incluiría la fabricacióndel compost.

- Fermentaciones anaeróbicas. Elobjetivo es la generación de biogásde forma controlada. Este biogáses mucho más rico que el proce-dente del vertedero y puede llegara tener hasta un 70% de CH4. Adiferencia del caso anterior, el bio-gás cuando es oxidado se reducea CO2 y H2O. Desde el punto devista de la tasa de retorno de laenergía, estos procesos son lentos.

- Pirólisis. El agente que desen-cadena la reacción es la tempera-tura. El gas obtenido es muy ricoen términos de PCI. Sin embargo,es un proceso endotérmico y segasta una parte de la energía en elproceso. Por otro lado, genera unacantidad de coque que hará nece-sario recorrer a la incineración ocoincineración para su eliminación.

219


- Gasificación. Es una combus-tión parcial de la materia en defec-to de oxígeno que origina un gascombustible, gas de síntesis, debajo poder calorífico.

- Incineración o combustión enexceso de oxígeno. Es el métodomás rápido de conversión ener-gética y los productos finales sonsolamente CO2 y H2O.

Si el objetivo es recuperar laenergía química contenida en elresiduo orgánico, ésta liberacióndebe hacerse a una velocidaddeterminada para que tenga apli-cación industrial. Siguiendo con elejemplo propuesto para la bioma-sa, una unidad de fango deposita-da en un vertedero se transforma-rá en biogás en el decurso de losaños, y no al 100%, mientras queen la incineración, el proceso seráinstantáneo.

Hay que dejar muy claro que elobjetivo final de las conversionesenergéticas es reducir la materiaorgánica a CO2 y H2O. Los siste-mas termoquímicos lo hacen a altatemperatura, directamente en elcaso de la incineración, o en dosetapas, tal sería el caso de la gasi-ficación y la pirólisis. Es decir, unavez obtenido el gas de síntesis,hay que oxidarlo.

La figura 3 (ver página 114)muestra la presencia de compues-tos nuevos generados por la com-bustión y por la pirólisis de fangosde EDAR.

Es evidente que el fango no con-tenía ninguno de los hidrocarburosaromáticos antes de su entrada alproceso térmico. Sin embargo,tanto la pirólisis como la incinera-ción (y lo mismo pasaría con lagasificación) han generado unoscompuestos peligrosos que habráque degradar y oxidar en la cáma-ra de postcombustión.

Finalmente, hay que mencionarla presencia de cobre, elementomuy común en los fangos deEDAR, que junto a una tempera-tura relativamente baja de losgases a la salida de la calderapuede dar lugar a la formación deorganoclorados. Por eso, es obli-

gada la inyección de carbón acti-vo para la adsorción de estos ele-mentos y de los hidrocarburosaromáticos que hayan quedadosin destruir.

2.1. GasificaciónLa gasificación es un proceso tér-mico que mediante oxidación par-cial a alta temperatura convierteuna materia combustible o resi-dual en un gas de moderadopoder calorífico.

Las combustiones, ya sean endefecto o en exceso de aire, sonreacciones en estado gaseoso. Deesta manera, la gasificación tienecomo finalidad convertir las sus-tancias combustibles sólidas engaseosas.

Los gases resultantes son fácil-mente transformables en energíapor los sistemas convencionales.La depuración y la limpieza de losgases son imprescindibles para suuso posterior. En el caso de utiliza-ción de fangos de EDAR, el trata-miento de gases después de lavalorización energética es impres-cindible.

Las etapas principales del proce-so de gasificación, como indica lafigura 3 (ver página 115), son:

- Secado: evaporación de lahumedad contenida en el fango.

- Craqueo: degradación térmicaen ausencia de oxígeno.

- Gasificación: oxidación parcialde los productos de la pirólisis.

El gas obtenido, llamado gas desíntesis, tiene un PCI moderado,sobre todo si el agente gasifican-do ha sido el aire. Sin embargo, sepuede oxidar perfectamente enuna cámara de oxidación y valori-zarlo en una caldera de vapor, obien enfriarlo y una vez depuradovalorizarlo en un motor de com-bustión interna.

2.2. PirólisisLa pirólisis es un tratamiento térmi-co en ausencia de aire de un com-puesto orgánico para convertirloen otros materiales más fáciles detratar. Así pues, igual que la gasi-ficación, no se trata de un trata-

miento final, sino de una etapaintermedia. Un caso muy signifi-cativo es la pirólisis de neumáti-cos fuera de uso. El residuo sólidose transforma según el grado detemperatura en una fracción gase-osa, otra líquida (en fase vapor aesta temperatura) y otra sólida(coque).

La fracción gaseosa resultantedel proceso está constituida porhidrógeno, monóxido de carbono,etano y etileno, aunque su compo-sición cuantitativa varía de maneramuy importante según la tempera-tura de operación. Además, el por-centaje de metano es muy depen-diente del contenido de humedadde la biomasa de partida. El podercalorífico del gas de pirólisis, muysuperior al del gas de síntesis pro-cedente de la gasificación, oscilaentre 3,8 y 15,9 MJ/m3. Estos valo-res pueden incrementarse hasta16,7-20,9 MJ/m3 mediante unavariante de proceso llamada piró-lisis flash, que consiste en aumen-tar súbitamente la temperatura dela biomasa (unos 1.000 °C en unsegundo) de forma que se produz-ca una pirólisis total, lo cual redu-ce de forma drástica la formaciónde alquitranes y mejora el rendi-miento del gas.

Por regla general, y de formasemejante a lo que pasaba con lagasificación, los fangos de EDARse descomponen térmicamente entres fracciones que, al mismo tiem-po, corresponden a los siguientesgrupos:

- La primera fracción correspon-de a la parte biodegradable (quetambién incluye los compuestosvolátiles).

- La segunda fracción, mayori-taria, corresponde a macromolé-culas orgánicas (celulosa, polisa-cáridos, grasas y proteínas)presentes en el fango original oprocedentes de los microorganis-mos responsables de la digestiónaeróbica y anaeróbica.

- Finalmente, la tercera fracciónresponde a material no biodegra-dable o difícilmente biodegrada-ble.

220


Para terminar esta pequeña sín-tesis, cabe indicar que la pirólisises sensible a la presencia de salesinorgánicas, siempre presentes enlos fangos. Es por eso por lo quela gasificación parece la vía másacertada.

2.3. IncineraciónLa combustión se define como unaoxidación rápida de la materiacombustible con desprendimientode calor. Por eso, es necesario, enprimera instancia, que el residuoque se debe oxidar tenga, por lomenos, uno de los tres únicos ele-mentos susceptibles de combinar-se con él con liberación de calor:carbono, hidrógeno y azufre.

Los combustibles sólidos y líqui-dos deben pasar por una fase pre-via de gasificación para que sedesprendan los volátiles. Las reac-ciones de combustión casi siem-pre tienen lugar en fase gaseosa(reacciones homogéneas). Hayreacciones heterogéneas (sólido-gas) que tienen una cinéticamucho más complicada y, desdeel punto de vista ambiental, sonmucho más conflictivas.

Otro factor indispensable es lamezcla íntima y adecuada del com-bustible (los volátiles) y el combu-rente, que suele ser aire. A conti-nuación, cuando la mezcla es lacorrecta, debe producirse la igni-ción. A partir de este momento, elcalor generado permite mantenerel grado de temperatura que ase-gura la continuidad de la reacción.

Las reacciones de combustiónpueden llevarse a cabo con el airejusto, reacción estequiométrica, enexceso de aire, en este caso en losgases producto de la combustiónhay oxígeno (caso típico de la inci-neración), o en defecto de aire, ental caso se detecta una gran can-tidad de inquemados en los gasesde combustión (tal como pasa conla gasificación).

Esta tecnología es, con diferen-cia, la más usada en la conversiónenergética de residuos, incluyendolos fangos de EDAR.

3. Naturaleza de los fangos deEDAREn el caso de las aguas residualesurbanas, las EDAR se diseñan parauna ratio de 90 g MS/hab·d, esdecir, 90 gramos de materia secaen suspensión por habitante y día.Esta cifra equivale a 0,36 kg/hab·den forma de fango al 75% dehumedad. Si, además, se tiene encuenta que las aguas industria-les, una vez pretratadas, tam-bién van a parar a la EDAR, y laadición de estabilizadores, lacantidad total de fangos seacerca a los 0,9 kg/hab·dia, deaquí la importancia del problema.

Desde el punto de vista ambien-tal, hay que añadir el problema dela presencia de contaminantes peli-grosos, tanto de naturaleza orgáni-ca como inorgánica, lo que supo-ne que los fangos generados enlas grandes áreas metropolitanasrodeadas de industrias no tenganninguna otra vía de tratamiento quela valorización energética.

La figura 5 (ver página 117) mues-tra, en miles de toneladas/año,la gestión de fangos en Españasegún datos procedentes de laAgencia Europea del MedioAmbiente.

De la figura anterior se deduceque la parte más importante va areciclage. Bajo esta denominaciónse integra el vertido directo al sue-lo (sistema mayoritario) y la fabrica-ción de compost, mientras que laincineración, que cuando se recu-pera energía debe considerarsecomo una opción de valorización,se clasifica a parte y ocupa la últi-ma posición, incluso por detrás delos vertidos incontrolados.

Por lo que respecta a los trata-mientos de postratamiento, segúndatos de la Comisión Europea, enel 2003 la cantidad de fangos deEDAR incinerados en varios paísesde la UE fue la que se representaen la figura 6 (ver página 118).

En el caso de Cataluña no hay,de momento, ninguna planta degasificación ni incineración.

3.1. Naturaleza de los fangosde EDAR destinados apostratamientoA la salida de las plantas de seca-do térmico se lleva a cabo un aná-lisis de los parámetros agronómi-cos para valorar la posibilidad desu valorización agrícola. La tabla 2(ver página 118) indica los análisisde interés para aplicaciones agrí-colas de algunos de los fangosprocedentes de las plantas desecado térmico que hay en Cata-luña.

Hay que resaltar que, por su can-tidad de materia orgánica (MO) yotros nutrientes (fertilizantes), estosfangos serían aptos para aplica-ción agrícola. Sin embargo, las can-tidades de contaminantes no inclui-dos en la tabla invalidan este tipode aplicación. El fango que sale delas plantas de secado térmico sue-le contener entre un 8-15% dehumedad. La estructura de lamateria orgánica condiciona elsecado, mientras que la naturalezade la fracción inorgánica condicio-na las posibilidades y los sistemasde valorización.

Por lo que respecta al secado,los materiales de naturaleza inorgá-nica son más fáciles de secar dadoque la red capilar es muy primitivay el agua puede fluir fácilmentehacia la superficie (por este motivola cantidad de agua contenida nosuele ser muy grande). En losmateriales de naturaleza orgánica,y en particular higroscópica, comoson los fangos de EDAR, la redcapilar es muy extensa y el agua esmuy difícil de extraer, ya que estáretenida por fuerzas de adsorcióny/u osmóticas, por eso estos mate-riales suelen retener mucha másagua que los inorgánicos.

Desde el punto de vista de laconversión energética, la caracte-rización de los fangos se expresaen términos de: microorganismos,lignocelulósicos, grasas, etc. Losmicroorganismos son una mezclade proteínas, carbohidratos y lípi-dos que, obviamente, tambiénincluyen una gran cantidad depatógenos, si bien los fangos pro-

221


cedentes de secado térmico estánbien estabilizados.

Hay infinidad de fangos de EDARy una gran variedad de sistemasde tratamiento, lo cual se traduceen que la caracterización del fan-go es muy variable, como se ponede manifiesto en la tabla 3 (verpágina 119).

La tabla 3 manifiesta claramenteque hay una parte inorgánica (lla-mada ceniza) cuando termina eltratamiento térmico y otra orgáni-ca.

3.1.1. La estabilización de losfangos de EDARLa estabilización es un procesoobligatorio en los fangos de EDAR,de acuerdo con la Directiva91/271/CEE, que tiene como fina-lidad reducir la peligrosidad dealgunos gérmenes patógenos ydisminuir la facilidad de fermenta-ción de la materia orgánica pre-sente.

Desde el punto de vista de lospostratamientos, el principalimpacto durante los procesos demanipulación es el olor (a causade los COV). Algunos procesos deestabilización reducen o eliminanlos olores. Los más usuales son:

- Procesos biológicos, como porejemplo la digestión anaeróbica.Reducen el contenido de volátilesy, por eso, eliminan olores.

- Procesos químicos. En principioconsiste en crear un medio inhós-pito para los microorganismossobre la base de obtener un pHmuy alcalino (superior a 11). Elreactivo más empleado es la cal,ya sea viva o apagada. En la prác-tica no eliminan los olores.

- Procesos térmicos: la pasteuri-zación y el secado térmico. Esteúltimo es el más usado. Reducebastante el olor, básicamente por-que como elimina el agua y man-tiene los fangos a más de 70 °Cmata la mayor parte de los gér-menes.

3.1.2. Análisis químicos de fangosde EDARHay una infinidad de análisis quími-

cos de fangos. La tabla 4 (ver pági-na 120) describe una típica de unfango de zona urbana-industrial,muy frecuente en Cataluña.

La tabla 5 (ver página 120) mues-tra los análisis elementales dediversos fangos de EDAR.

Otros elementos muy frecuentesen los fangos son Si, Al, Fe, P, Cay K, todos ellos en forma de óxidosy alguno en forma de sal.

3.1.3. Análisis mineralógicos defangos de EDAREl análisis de difracción de rayos Xidentifica, como muestra la figura7 (ver página 121), los distintosminerales presentes en la muestra,en este caso se trata de un fangode EDAR física-química.

El difractograma de la figura 7denota la presencia de cuarzo(SiO2), de sulfato sódico y de cal-cita. El difractograma permite ver,mediante la altura y la distribuciónde los picos, los tipos de minera-les que hay a la muestra. Los picosbien definidos y a distancias regu-lares del goniómetro indican quelas especies presentes (sobre todocuarzo y calcita) están bien crista-lizadas. La línea base curva (no pla-na) es bastante horizontal, lo cualdenota que en la muestra no haydemasiada fase inorgánica amorfa.

4. Gasificación de fangos deEDAREn los materiales de naturalezaorgánica y higroscópica, como porejemplo los fangos de EDAR, lared capilar es muy extensa y elagua es difícil de extraer, ya queestá retenida por fuerzas de adsor-ción importantes, lo cual obliga allevar a cabo el proceso a ciertatemperatura, hecho que equivale ahablar de consumo energético ele-vado.

Cuando sale de las plantas desecado térmico, el fango contieneentre el 8-15% de la humedad. Laestructura de la materia orgánicacondiciona el secado, mientras quela naturaleza de la fracción inorgá-nica condiciona las posibilidades ylos sistemas de valorización.

La ya citada Directiva 1999/31/CEda importancia a los distintos pre-tratamientos antes del vertido, en elcaso de los fangos:

- En buena lógica no debería lla-marse valorización energética alsecado térmico, ya que el proce-so de evaporación se realiza conun combustible fósil y, hasta hoy,el material resultante se depositaen el vertedero. En la UE al seca-do térmico no se le denomina valo-ración energética, sino pretrata-miento.

- En otras latitudes exigen un tra-tamiento previo de inmovilización.

El secado térmico es un procesocaro y en España, para mitigar elcoste, se ha recorrido a la cogene-ración, que se define como la pro-ducción simultánea de electricidady calor. De hecho, lo que realmen-te producen estos equipos, yasean motores o turbinas de gas,es una energía mecánica que, pormedio de un alternador, se con-vierte en electricidad y, simultáne-amente, genera una energía tér-mica sobrante en forma de flujode gases calientes que, general-mente, se utiliza para el secadode los fangos.

Los sistemas llamados de coge-neración «en cap» son el motoralternativo y la turbina de gas. Lavariante de motor es la más utiliza-da para el secado de fangos, sibien no se comentará en este artí-culo. Sin embargo, merece la penacomentar que:

- Si el precio del gas natural eseconómico y el de venta de laelectricidad es caro, la cogenera-ción será un negocio en si misma.

- Si lo que se persigue es venderelectricidad, se podría llegar a laabsurda idea de que es más ren-table el sistema de secado másineficaz, ya que se priorizaría unmotor muy eficiente que tendríalas mínimas pérdidas energéticasen forma de gases calientes, quees precisamente el calor necesa-rio para el secado.

Actualmente sucede que, mien-tras que el precio de venta de laelectricidad se estabiliza, el coste

222


del gas natural sigue una tenden-cia al alza. Así, mientras el diferen-cial del coste de adquisición delgas natural y de venta de la elec-tricidad sea importante, las plantasde cogeneración serán económi-camente viables.

En el caso de una incineración,primero se produce el gas caliente(calor generado en la combustióny extraído en forma de gases), des-pués vapor de agua y, finalmente,electricidad. Por eso a este siste-ma se denomina de cogeneración«en cola». El ciclo aplicado al seca-do de fangos debería ser: incinera-ción del fango y, con el calor gene-rado, proceder al secado delmismo fango.

Se recalcan estos comentariosya que sirven de marco para justi-ficar los sistemas de conversiónenergética, en particular la gasifi-cación. La figura 8 (ver página 122)muestra el principio de funciona-miento de un secado térmico defangos de EDAR. El calor lo apor-ta la combustión de gas natural enuna caldera convencional (a efec-tos prácticos, el caso sería idénti-co si el calor procediese de unacogeneración con motor).

4.1. Secado i gasificaciónEl secado a partir de la gasificaciónse diferencia del anterior en elhecho de que la energía no la pro-duce un combustible fósil (ya seadirectamente, como en el caso dela figura 8, o indirectamente, concogeneración), sino que se extraedel mismo fango por medio de lagasificación.

Este proceso es una valorizaciónenergética, ya que se aprovecha elcarácter combustible del residuo(fango). Es decir, se debe llamarvalorización energética cuando selibera el calor del combustible, yasea en la incineración, en la gasi-ficación, en la cementera, en unacentral termoeléctrica o similar.

El proceso de gasificación con-vierte, mediante oxidación parciala temperatura elevada, una mate-ria primera orgánica generalmen-te sólida en un gas de poder calo-

rífico moderado (gas de síntesis).Se suele trabajar con un 25-30%del oxígeno necesario para produ-cir la oxidación completa. Estacaracterística diferencia la gasifi-cación de los otros procesos ter-moquímicos, como por ejemplo lacombustión, que consiste en unaoxidación completa con excesode aire, o la pirólisis, conocidacomo descomposición térmica enausencia de oxígeno.

El gas de síntesis se puede trans-formar y utilizar posteriormente deuna forma más flexible: comomateria prima de procesos quími-cos o como combustible en calde-ras, motores, turbinas o pilas decombustible. Las combustiones,ya sea con exceso o defecto deaire, son reacciones en estadogaseoso, lo cual demuestra laimportancia de la gasificacióncomo etapa previa de tratamiento.Generalmente, la depuración y lim-pieza de gases es necesaria parasu uso posterior.

Para los fangos de EDAR, lamayoría de reactores de gasifica-ción en servicio son de lecho flui-dizado. En tal caso se deben con-siderar los siguientes aspectos:

- Humedad del fango. La mayorparte de los sistemas de trata-miento optan por el uso de fangoscon una humedad del 50%.

- Materia inorgánica. Buena par-te de esta fracción tiene un puntode fusión próximo a 1.000 °C, locual obliga a mantener la tempe-ratura del reactor dentro de unoslímites.

La gasificación es una técnicaenergéticamente eficaz que redu-ce el volumen de residuos sólidosy recupera su energía, por eso seconvierte en una alternativa muyadecuada a medio y largo plazopara la obtención de energía en elmarco del desarrollo sostenible.

(ver figura 9 en página 124)Comparada con los sistemas de

combustión, la gasificación es unatecnología de mayor eficiencia ymenor impacto ambiental. Es evi-dente que el sistema no necesitacombustible fósil y que la canti-

dad de material que se llevaría alvertedero es muy inferior a la delcaso anterior, ya que toda lahumedad residual y la materiaorgánica son evacuadas con losgases. Además, como el fangodebe entrar al gasificador con unacierta humedad, la instalación desecado será de una medidamenor.

4.2. Posibilidades del gas resul-tante de la gasificaciónEl producto de la gasificación esun gas de poder calorífico mode-rado (gas de síntesis o syngas) for-mato por gases combustibles (H2,CO, CH4, C2H6, etc.) y, natural-mente, también gases típicos decombustión.

El gas de síntesis se puede valo-rizar de distintas formas:

- Directamente en una caldera,por lo que debe pasar previamen-te por una cámara de oxidación ypostcombustión. Parece que estaes la tendencia más extendida. Encaso de generar electricidad, enciclo de Rankine, los pasos debenser los mismos.

- En un motor de cogeneracióno en una turbina de gas. En el pri-mer caso, los gases debenenfriarse hasta 45 °C. Eso com-porta muchos problemas técni-cos y el rendimiento final logradono dista mucho del ciclo de Ran-kine con caldera y turbina devapor. En el caso de la turbina degas, el problema es muy diferen-te. El gas de síntesis se combus-tiona (oxida) en la turbina a la tem-peratura de salida del reactor, sinnecesidad de enfriarlo. Este siste-ma parece el futuro para las valo-rizaciones efectivas del gas desíntesis. En estos momentos seestá trabajando para desarrollarturbinas capaces de mantener lasprestaciones mecánicas teniendoen cuenta que el gas se introdu-ce en la turbina sin depuraciónprevia.

- Gas combustible a proceso. Esuna buena opción cuando hayhornos de proceso capaces deutilizar este gas a la temperatura

223


que abandona el reactor, alrededorde la planta gasificadora.

- La expresión condicionamientode gases se ve en la figura 9 10 yadmite diferentes interpretacionessegún la aplicación final del gas.Desde el punto de vista del lavadode gases, en la gasificación sedeben distinguir las siguientes apli-caciones:

- Si el sistema empleado es laoxidación del gas de síntesis enuna caldera de recuperación y lavalorización de la energía se des-tina al presecado de los fangos,se necesita un tratamiento de losgases después de la caldera yantes de su emisión.

- Si la finalidad del gas de sínte-sis es su valorización en unamáquina térmica (o en una pila decombustible), el gas debe some-terse primero a una fase de lava-do muy crítica, pero después nohará falta ningún tratamiento más.

5. Idoneidad de los distintosmodelosEn el caso de la valorización ener-gética de fangos de EDAR, la can-tidad de agua presente es un fac-tor que determina el uso de losdistintos sistemas de conversiónenergética, en relación con lo quese ha esquematizado en la figura2:

- Sistemas termoquímicos (inci-neración, gasificación). Son ade-cuados para tratar fangos con unasequedad superior al 50%, ya queun porcentaje de sequedad inferiorimplica que el proceso difícilmen-te será autotérmico. La mayor par-te de sistemas aceptan un ciertogrado de humedad: la incineraciónporque no calienta mucho lasparrillas, y la gasificación porqueevita un aumento brusco de latemperatura en el lecho. En el casode la incineración en lecho fluidiza-do, se admiten sequedades infe-riores (fango deshidratado), ya quese debe asegurar que la mayortemperatura puntual producida nofunda el árido del lecho.

- Sistemas bioquímicos (diges-tiones anaeróbicas). Aconsejables

para fangos con un porcentaje desequedad inferior al 50%, ya queel agua es necesaria para desarro-llar este tipo de reacciones.

Son varias las consecuenciasque se pueden extraer de loscomentarios anteriores:

- Para aplicar sistemas termo-químicos (sobre todo la gasifica-ción), los fangos deshidratadoshan de someterse a una fase depresecado, aunque no es nece-sario conseguir el 60% de seque-dad.

- Los sistemas termoquímicosnecesitan una energía previa parael secado, pero la devuelven deforma rápida y barata.

- Para aplicar sistemas bioquími-cos, es necesario que la humedadde los fangos sea elevada.

- La digestión anaeróbica nece-sita poca energía para calentar elreactor, pero también devuelvepoca. En este caso, la inversiónpor kW generado es muy elevada.

El sistema de conversión energé-tica debe adaptarse a la tipologíadel residuo que se debe tratar, ydestaca la importancia de la frac-ción inorgánica resultante de losprocesos térmicos. A veces el resi-duo es compatible con la mismaindustria, como es el caso de losfangos procedentes de la industriapapelera; si son peligrosos puedenvitrificarse y ser transformados enun producto inerte o depositarlosen un vertedero adecuado. Losresiduos inertes pueden emplear-se como relleno de taludes.

5.1. Diferencias entre lagasificación y la incineraciónPara establecer los principios quediferencian un proceso y el otro, yen clara referencia a los fangos dedepuradora, es adecuado comen-tar el comportamiento de la celu-losa, un compuesto siempre pre-sente en los fangos de EDAR y defórmula química teórica C6H10O5.Cuando la celulosa se somete a unproceso de incineración, el resul-tado es el siguiente:C6H10O5 + 6 O2 6CO2 + 5H2O

En el proceso de incineración, la

materia pasa por etapas interme-dias de volatilización y gasificaciónantes de combinarse con el oxíge-no. Por otro lado, el aumento brus-co de la temperatura provoca dife-rentes efectos secundariosindeseados:

- Formación de óxidos de nitró-geno (NOx) de origen térmico,independientemente de la canti-dad de nitrógeno presente en elcombustible.

- Fusión parcial, o total, de lafracción inorgánica presente,especialmente si hay especiesalcalinas y alcalinotérreas.

La gasificación funciona de formatotalmente diferente. Volviendo alejemplo inicial de la celulosa, lareacción de gasificación respon-dería a la ecuación siguiente:C6H10O5 + O2 5CO + CO2 + 5H2

Cuando se añade una cantidadde oxígeno inferior al estequiomé-trico se obtienen gases combusti-bles (CO, H2 e hidrocarburos) co-mo productos de la reacción.

En resumen, las diferencias entregasificación e incineración podríanconcretarse en los siguientes tér-minos:

- La incineración es un procesode conversión energética en unaúnica etapa, en la que toda laenergía química se transfiere a losgases de combustión, lo cual pro-voca consecuencias térmicas yambientales significativas, ya quese generan productos inquema-dos no oxidados.

- El proceso de gasificación se daen tres etapas: oxidación primaria,producción del gas de síntesis yoxidación del gas de síntesis.

6. Gasificación y secado defangos. Noción desostenibilidad energéticaDesde el punto de vista estricta-mente energético, se podría decirque una práctica con implicacio-nes energéticas es sosteniblecuando se consume una cantidadde energía moderada que, sobretodo, no pone en riesgo la energíapara futuras generaciones. Esdecir, el proceso térmico de un

224


residuo se puede llevar a cabo conla energía contenida en el mismoresiduo. El tratamiento térmico defangos procedentes de depurado-ras de aguas residuales puede serun buen ejemplo.

Hasta ahora, para el tratamientode fangos, la solución más rápidaha sido secar los fangos hasta un90% a partir de la salida de la plan-ta de deshidratación. Eso ha per-mitido reducir significativamente elvolumen de fangos transportadoshasta el vertedero, aunque estaopción es cara y la cogeneraciónutilizada como apoyo económicode la gestión integral ha resultadopoco eficiente. Por esta razón hayque buscar nuevos sistemas devalorización de los fangos seca-dos térmicamente que discurranpor vías paralelas a las directricesambientales.

La valorización energética de fan-gos de depuradora puede sumi-nistrar la energía necesaria para elsecado. La figura 11 (ver página127) muestra el esquema de lagasificación de fangos de EDAR,donde se observa como se utilizael calor generado en el procesopara secar el fango húmedo.

La gasificación es una tecnologíaque permite que la energía conte-nida en el fango se convierta enenergía química contenida en ungas (gas de síntesis) que puedaser utilizada de manera flexible. Siel objetivo es eliminar los fangos,en el proceso se deben aplicar lassiguientes etapas:

- Generar el gas de síntesis a par-tir del mismo fango, parcialmentesecado. El gas se oxida y debeseguir las etapas de tratamientoprescritas en el RD 653/2003, rela-tivo a la cámara de postcombus-tión. A la salida de esta cámara, elgas solo contendrá CO2, H2O,gases ácidos, metales y partículasen suspensión.

- Valorizar el calor sensible delgas en una caldera, produciendovapor o aceite térmico para elsecado parcial de los mismos fan-gos. Así se cierra el ciclo energé-tico y no se utiliza energía externa

para secar los fangos de EDAR.El único residuo generado es el

polvo, que proviene del filtro demangueras, última etapa del lava-do de gases. Esta cantidad, en elcaso de los fangos de EDAR, esmuy elevada, ya que estos contie-nen una gran cantidad de materialinorgánico. Independientementede la naturaleza del residuo, la vitri-ficación permite transformar resi-duos peligrosos en materiales deconstrucción, cumpliendo con elprincipio del residuo cero.

6.1. Repercusionessecundarias. Las emisiones deCO2

El modelo preconizado de postra-tamiento de fangos (gasificacióncon secado y vertido) comportaotra repercusión positiva en rela-ción con el actual modelo y estárelacionada con el consumo decombustible fósil y la emisión degases de efecto invernadero.

Las emisiones de dióxido de car-bono en España entre 1990 y2004 han aumentado un 51,3%, yhan pasado de 228,4 millones detoneladas en 1990 (año base) a345,7 millones de toneladas en2004. La valorización energéticade los fangos de EDAR genera unCO2 neutro y, por lo tanto, no con-tribuye al efecto invernadero.

7. ConclusionesLa Administración, última respon-sable de la correcta gestión de losfangos de EDAR, debería impulsarnuevas vías de gestión de fangosque, además de ser respetuosascon el medio ambiente, no supu-sieran una carga económicaimportante. La solución aportadapor este artículo va en esta línea.

7.1. Conclusiones de caráctertécnicoLa generación de fangos de EDARa partir de depuradoras urbanas,o en áreas de influencia de polígo-nos industriales, supone una cali-dad final de fangos que impediráuna gestión tradicional de los mis-mos.

La disposición de los fangos envertedero se encuentra en vías deextinción por lo que señala laDirectiva 1999/31/CE sobre el ver-tido de residuos. Así pues, sóloquedan para aplicar en los fangosde EDAR soluciones de conver-sión energética como por ejemplolas expuestas y que, además, sonlas que promueven las nacionesmás desarrolladas de la UE.

El sistema de secado térmico, yasea directo o con cogeneración, yvertido tiene un futuro lleno deincertidumbres debido al incre-mento del precio del gas.

7.2. Conclusiones de naturalezaambientalLa gasificación de fangos deEDAR debe considerarse un siste-ma energéticamente sostenible yaque no necesita combustibleexterno para su funcionamiento.

El uso del vertedero se ve muymejorado con respecto al secadotérmico, ya que en la misma ope-ración se elimina gran parte de lamateria sólida. También es posibleconseguir un modelo de residuocero a base de vitrificar las cenizasy transformarlas en un material deconstrucción.

Finalmente, como no se utilizacombustible fósil, es un procesolimpio o ajeno a las limitacionesdel Protocolo de Kyoto.

7.3. Conclusiones de tipoeconómicoEl sistema de gestión de fangospropuesto de gasificación y seca-do de los fangos, seguido de unainterització de las cenizas paradepositarlas al vertedero, es, condiferencia, la opción más intere-sante desde el punto de vista eco-nómico.

BibliografíaANTAL, M. J.; VARHEGYI, G. «Cellu-lose pyrolysis kinetics: The currentstate of knowledge». Ind. Eng.Chem. Res. 1995BRIDGWATER, A. V. Engineeringdevelopments in flash pyrolysistechnology. Proceedings of con-

225


ference on bio-oil production andutilisation (24-26 septiembre 1994).Estes Park, CO., USA: NREL,1995.Demonstration projects. Assess-ment of incineration of industrialwastes. EUR 14136 en. Ed. Com-mission of the European Commu-nities. ISBN 92-826-3855-3.ELÍAS, X. (1994). «Materiales cerá-micos para la construcción fabri-cados con lodos de estacionesdepuradoras: Ecobricks». Libro deconferencias. Conferencia anualATEGRUS 1994, Madrid, junio de1994, p. 89-101.— Curso sobre incineración deresiduos sólidos, líquidos y hospi-talarios. Ciudad de México (2002).— Reciclaje de residuos industria-les. Madrid: Díaz de Santos, 2000.— «Secado y tratamiento de fan-gos de edar». Tecnología del Agua[Elsilever], julio de 2002.— Tratamiento y conversión ener-gética de residuos. Madrid: Díazde Santos, 2004.FORESTER, William S. Waste minimi-zation and clean technology: was-te management strategies for thefuture. Ed. Academic Press. ISBN0-12-509175-8FULLANA, A. (2001). Pirólisis y com-bustión de neumáticos usados ylodos de depuradora. Universidadde Alicante. [Tesis doctoral]Exporecycling’98. «Nuevas vías devalorización de fangos». II ForumAmbiental. Borsa de Subproduc-tes de Catalunya, 1998.MEIER, D.; PEACOCKE, G. V. C.; OAS-MAA, A. Properties of fast pyrolysisliquids: status of test methods. P.391-408, DEVELOPMENTS INTHERMOCHEMICAL BIOMASSCONVERSION, Bridgwater, AVand Boocock, DGB (Eds.) (Blackie1997).PORTER, Richard. Energy savingsby waste recycling. Ed. Elsevier.ISBN 0-85334-353-5.WAGNER, Travis P. The hazarduoswaste Q & A. Ed. Van NostrandReinhold. ISBN 0-442-01331-0.WHITING, K. J. The market forpyrolysis & gasification of waste inEurope. Technology & Business

Review. Juniper Consultancy Ser-vices, 1997

226


Experiencia de Basoinsa,SL en la reutilización de fangos de depuraciónen el ámbito de la comunidadautónoma del País VascoFrancisco Javier Murillo Morón,ingeniero técnico forestal. Depar-tamento de Ordenación del Terri-torio de Basoinsa, SLMikel Sarriegi Etxezarreta, ingenie-ro de montes. Departamento dePaisajismo y Restauración de Áre-as Degradadas de Basoinsa, SL

A lo largo de este artículo se pre-tende hacer una breve revisión dela experiencia de Basoinsa, SL enla reutilización de fangos en lacomunidad autónoma del PaísVasco y con mayor intensidad en elTerritorio Histórico de Bizkaia des-de el año 1997 hasta la actualidad.

Dicha experiencia se puedeagrupar en dos partes bien dife-renciadas: una teórica o de estu-dios y una práctica de aplicaciónen proyectos de restauración deáreas degradadas.

La inquietud en este campo vie-ne determinada por la asociaciónde dos hechos claros y reales:

- La existencia de un alto volu-men de fangos producidos por lasnumerosas depuradoras existen-tes en el País Vasco, en gran par-te, en la actualidad, sin reutiliza-ción.

- El déficit del mercado enenmiendas orgánicas y tierra vege-tal de buena calidad a causa de laorografía y la alta densidad depoblación y ocupación de los sue-los de mejor capacidad agrológica.

Ante estas necesidades demateria orgánica (MO), la soluciónhabitual suele pasar por la utiliza-ción de grandes cantidades de tie-rra vegetal y/o de enmiendas orgá-nicas, como estiércol, compost osimilares. En ambos casos,enmiendas y tierra vegetal, dadaslas características de nuestro terri-torio (escasez de zonas cultivadas)y la regresión del sector ganaderoderivado de la entrada en la UE, seha producido una menor oferta

que demanda, lo que está dandolugar a un aumento progresivo delos precios de estos materiales,hasta tal punto que cada vez esmás frecuente apreciar como lapartida de tierra vegetal de présta-mos y enmiendas orgánicas con-figura una parte importante de losproyectos de restauración de áre-as degradadas e integracionespaisajísticas (nuevas infraestructu-ras, canteras o zonas minerasabandonadas, etc.).

Ante esta situación, parece lógi-co buscar nuevas fuentes alterna-tivas de materia orgánica abun-dante, que permitan mejorartierras de muy baja calidad dezonas degradadas o realizar apor-tes periódicos de mantenimientosobre aquellas tierras habilitadascomo grandes áreas verdes quese encuentran en funcionamiento.

Entre las soluciones de reciclajeque en los últimos años se hanposicionado como una alternativamás sólida, está la aplicación a lossuelos de lodos o fangos proce-dentes de depuradoras de aguasurbanas o mixtas (urbanas eindustriales), lo cual se ha com-probado que introduce mejorasapreciables en su productividad yestructura, y es especialmentenotable en el caso de ecosistemasdegradados.

Ante la creciente generación deestos residuos, en un futuro muypróximo cabe preguntar qué alter-nativa pueden ofrecer las entida-des responsables para eliminar outilizar de forma correcta los lodosresiduales, más si se tiene encuenta que el peso de la agricultu-ra en nuestra comunidad autóno-ma es pequeño, salvo excepcio-nes del Territorio Histórico deÁlava, y en muchas zonas deGipuzkoa y Bizkaia es práctica-mente nulo.

Las soluciones planteadas enBizkaia a finales del siglo pasadose dirigieron hacia tres direccio-nes:

1. El vertido controlado, que esun sistema de eliminación definiti-vo aunque precisa zonas adecua-

das. Además, hay una tendencia areducir la cantidad de materiaorgánica a eliminar en vertederospara posibilitar su reciclaje, minimi-zando los lixiviados y las emisionesde metano.

2. La incineración no es una solu-ción plena, ya que se debe buscarun destino para las cenizas resul-tantes y existe la problemática delas emisiones de gases con posi-bles efectos contaminantes.

3. La utilización en agriculturaque permite aplicar lodos al suelocomo fertilizantes orgánicos paramejorar su productividad, asícomo para la recuperación de sue-los degradados.

Al mismo tiempo, la utilización deeste subproducto de la depuraciónde aguas adquiere una doble con-notación derivada no sólo de susventajas como fertilizante orgáni-co, sino también del hecho de darsalida a un producto, que en laactualidad, en el Territorio Históricode Bizkaia, se elimina totalmente através de la incineración o de sutransporte a vertedero, lo cual cho-ca en gran medida con el augeactual de los procesos de recicla-je, más si se tiene en cuenta queestán suficientemente probadoslos beneficios agronómicos que eluso de este tipo de subproductosproduce.

De todo lo anteriormente expues-to se deduce que la aplicación defangos como mejora de las carac-terísticas del suelo tendrá unadoble connotación de carácterpositivo, tanto desde el punto devista económico, como desde elpunto de vista social.

No obstante, su utilización agro-nómica plantea la necesidad deuna completa caracterización delos suelos en los que se va a apli-car y el conocimiento de las limita-ciones y la aptitud de éstos parasu aceptación.

1. Ejemplos de la experienciaen el campo de la reutilizaciónde fangos en el TerritorioHistórico de Bizkaia

Dentro de las experiencias que

227


durante los últimos años ha tenidola empresa Basoinsa en este cam-po, se han significado dos que enconcreto destacan por su interésteórico, en un caso, y práctico, enel otro.

El primero se abordó en el Estu-dio de delimitación de la capaci-dad al vertido con fangos de depu-ración en áreas gestionadas porla Diputación Foral de Bizkaia.

El segundo de ellos se enmarcaen la realización del Proyecto derestauración, dirección de obra yejecución de la restauración deuna cantera caliza de grandesdimensiones, histórica en nuestroterritorio, tras el cese de su activi-dad.

Adicionalmente, se han realizadootras experiencias o se han utiliza-do en otros proyectos lideradospor nuestra empresa, si bien sehan elegido estos dos por surepresentatividad y dimensión.

1.1. Estudio de delimitación dela capacidad al vertido confangos de depuraciónDe forma resumida, los principalesobjetivos de este estudio fueronlos siguientes:

- Cuantificar las superficiespotencialmente receptoras de fan-gos de las áreas degradadas pro-piedad de la Diputación Foral deBizkaia.

- Cuantificar la superficie consustratos mineros inertes en la quese puede actuar subiendo el con-tenido en materia orgánica deestos suelos hasta, al menos, el6%.

- Analizar las características delos sustratos receptores.

- Cuantificar la capacidad de lossuelos y el impacto sobre los mis-mos al verter con fangos de depu-ración de EDAR.

- Clasificar los terrenos en fun-ción de dicha capacidad, posibleaplicación, dosificaciones y tipo deriesgos.

- Cuantificar el aporte de materiaorgánica equivalente necesariopara lo anterior.

- Determinar las opciones de

suministro recomendables en fun-ción de la ubicación de las EDAR.

- Que sirviese de experienciapiloto para un estudio más exten-so y ambicioso que acogiera todoslos terrenos de Bizkaia suscepti-bles de recibir fangos de cara a surestauración ambiental.

Todo ello en el contexto de lalegislación vigente en la época derealización en lo que hace referen-cia a la aplicación de fangos pro-venientes de depuradora en laagricultura, plasmada en el RealDecreto 1310/1990.

Con estos objetivos y a tenor dela legislación vigente, se realizó unanálisis detallado de cada una delas áreas gestionadas por la Dipu-tación Foral de Bizkaia y se discri-minaron de una valoración previaaquellas con superficies menoresde 2,5 ha, ya que en estas zonas lasnecesidades de enmiendas orgáni-cas son pequeñas en comparacióncon aquellas zonas de mayorsuperficie, los usos, discriminandolas zonas con un fuerte componen-te urbano y de uso muy intensivo enlas que la aplicación de este tipode enmiendas pudiese resultar fran-camente más compleja.

A partir de estas premisas que-daron seleccionadas un total dediez áreas, todas de grandesdimensiones con un uso habitual-mente extensivo y en entornosperiurbanos.

1.1.1. Metodología general para laaplicación de fangos de depurado-raPara el estudio del análisis delmedio, se valoró que de cara alaporte de fangos son cinco losparámetros básicos de mayorpeso a la hora de descartar unazona de un área recreativa comoapta para el empleo de los lodos.Dichos parámetros son:

- Pendientes· 0-20%· 20-30%· > 30%- Distancias a cauces > 100 m- Distancia a caminos y zonas

habitadas

· Núcleos habitados > 300 m· Caminos > 10 m- Vulnerabilidad de acuíferos· Baja-media· Alta-muy alta- Usos · Zonas concretas con alta pre-

sencia de visitantes de forma con-tinua

· Zonas propiedad de la Diputa-ción aún sin restaurar

· Presencia de pozos o manan-tiales

· Radio < 100 m· Radio entre 100-300 m (ver figura 1 en página 134)Con estos pesos se obtuvieron

por medio de técnicas SIG losmapas de detalle de orientación alvertido con fangos. En estosmapas resultantes de la represen-tación cartográfica de los condicio-nantes que se han enumeradosurge la zonificación final de lasdistintas áreas de cara a la aplica-ción de los fangos de depuradora.Según esta clasificación, las zonasse dividieron en tres tipos:

- Zonas de libre aplicación: enlas que los lodos, siempre quecumplan la legislación vigente,podrán ser aplicados en fresco(fangos estabilizados).

- Zonas de lodos compostados:son aquellas áreas en las que exis-te algún tipo de condicionante,pero que no llega a tener la sufi-ciente relevancia como para hacerinviable la aplicación de los fangoscompostados.

- Zonas excluidas: son todasaquellas en las que existen uno ovarios condicionantes que desacon-sejan la utilización de este produc-to como enmienda orgánica o quede la combinación de los mismos sellegue a la misma conclusión.

(ver figura 2 en página 135)De forma global los datos super-

ficiales obtenidos para la totalidadde las áreas estudiadas fueron:

- Superficie libre aplicación128,32 ha

- Superficie lodos compostados331,57 ha

- Superficies excluidas de apli-

228


cación 478,90 ha

Tras cuantificar las superficiesteóricas, se diseñó un plan demuestreo de los suelos de las dis-tintas áreas recreativas con el finde validar la aplicabilidad en lasmismas de fangos de acuerdo conla legislación existente de referen-cia. A su vez, la analítica se plan-teó de tal forma que fuese posibledeterminar estimaciones de la fer-tilidad de los terrenos sobre losque se planteaba verter, en espe-cial tras las estimaciones de suscontenidos en materia orgánica.

1.1.2. Conclusiones De los resultados del estudio seestimó que en 460 ha (49%) eraposible aplicar fangos con distintaspresentaciones (frescos o compos-tados).

Se estimó que las necesidadesde materia orgánica de estos sue-los eran de 141,6t/hi ha, es decir,65.136 toneladas en peso secopara convertirlo en un suelo fértil ycon capacidad de resistencia alpisoteo.

Esta materia orgánica podía serobtenida en el mercado y/o de losfangos de EDAR, pero en su tota-lidad de los fangos de EDAR, pueshay 332 ha que sólo llevarían apro-ximadamente la mitad de conteni-do de lodos al tenerse que añadirotros materiales en el compostaje.

Por tanto, en caso de que loslodos cumplieran las especifica-ciones legales y de que pudieranaplicarse durante diez años con elfin de cubrir las necesidades deestos suelos en MO, se estimóque se podrían consumir:

- 128 ha ¥ / riqueza fangos enMO (50%) = 36.250 toneladas demateria seca de fangos.

- 332 ha ¥ (proporción fangos /compost (1/2)) / riqueza composten MO (70%) = 33.579 toneladasde materia seca de fangos.

En definitiva, el máximo de fan-gos a consumir en el mejor de loscasos sería de 69.829 toneladas.

Al realizar una comparación decostes entre el uso de enmiendas

o tierra vegetal comercializada, sepudo apreciar en el estudio quearrojaba un amplio margen para lavalorización agrícola de los fangos,a lo que habría que añadir el bene-ficio social de la recuperación dezonas degradadas para usos deocio o simplemente paisajísticos.

En ese marco, para disminuircostes de transporte y aplicación,se recomendaba rebajar el conte-nido en humedad de los fangos,sobre todo los fangos de bajo con-tenido en metales pesados.

Finalmente en este estudio serecomendaba, como herramientade gestión de la aplicación de fan-gos en terrenos de recreo o degra-dados, el uso de un SIG asociadoa una base de datos en el que selocalizaran las parcelas de aplica-ción, las analíticas, las dosificacio-nes anuales y acumuladas y todoslos datos exigidos por la ley, encuanto a parámetros, pertenencia,etc.

A día de hoy la alternativa de ges-tión de los fangos de depuraciónen el Territorio Histórico de Bizkaiasigue siendo la incineración.

2. Aplicación de fangos dedepuradora como enmiendaorgánica en la restauración decanterasComo se ha descrito en el marcodel apartado anterior, se diseñó yse coordinó la aplicación de fan-gos de depuradora en la restaura-ción de una cantera de caliza degrandes dimensiones localizadaen el Territorio Histórico de Biz-kaia, una vez finalizada la explota-ción de la misma.

En este proyecto, dadas lasgrandes dimensiones del área arestaurar, se planteaba como unproblema de primer orden el altocoste de la aplicación de tierrasvegetales, o enmiendas orgánicas,de cara a dotar de una fertilidadmínima a los estériles que se ibana utilizar como base del sustratopara las plantaciones e hidrosiem-bras a realizar.

Teniendo en cuenta la experien-cia ya existente en otras zonas del

Estado, en especial en Cataluña através del Departamento de MedioAmbiente (Recomendaciones téc-nicas para la restauración y condi-cionamientos de los espaciosafectados por actividades extrac-tivas. Generalitat de Catalunya) y laJunta de Sanejament, se propusoa la Administración Ambiental y deIndustria, a la empresa gestora deAguas de Bizkaia y al titular la posi-bilidad de abordar el aporte masi-vo de grandes cantidades de fan-gos.

Una vez obtenido el visto buenode todas las partes se pasó a apli-car la metodología propuesta porel Departamento de MedioAmbiente de la Generalitat deCataluña al caso concreto, y secalculó la dosificación para el pro-yecto en cuestión.

La aplicación se ejecutó en tresmodalidades y tipologías distintas:

- Sobre talud de grandes dimen-siones con una pendiente mediade 45 grados: mediante volteo deuna mezcla de fangos al 50% conla tierra de montera, previamenteacopiada durante la explotación.

- Sobre bancos o bermas conuna base de roca desnuda com-puesta prácticamente en su tota-lidad por carbonatos: extendidaen mezcla de diversas proporcio-nes con estériles de la misma can-tera.

- Sobre amplias superficies gene-radas tras la demolición de insta-laciones en toda la zona de acce-so antiguo a la cantera: extendidacomo enmienda orgánica de sue-los deficientes (fundamentalmentearcillosos) disponibles in situ.

Esta gama de aplicaciones per-mitió su posterior sembrado y unaperfecta integración de las super-ficies tratadas, tal y como se pue-de apreciar en las diversas fotogra-fías, tomadas por los autores.

229


La gestión de los fangosde depuradora. Buenas ymalas prácticasMontserrat Soliva i Torrentó, OscarHuerta Pujol y Marga López Mar-tínezEscuela Superior de Agricultura deBarcelona. UPC-Campus Baix [email protected]

1. IntroducciónEl aumento de la población y suconcentración en determinadaszonas ha llevado a la necesidad dedepurar las aguas residuales gene-radas para poderlas verter en elcauce público o poder ser reutiliza-das; en este sentido, se ha hechouna labor muy importante por loque respecta a instalación de depu-radoras y mejora de las tecnologí-as, pero se ha dejado muy de ladoel destino de los fangos generadosen esta depuración. Estos fangospresentan una composición gene-ral en la que destaca un contenidoelevado en agua, materia orgánicafermentable y nitrógeno, que obli-gan a que se tengan que gestionarcorrectamente para evitar proble-mas en su almacenamiento y trans-porte y a la hora de buscar un des-tino adecuado; a la vez, puedenllevar diferentes tipos de contami-nantes (químicos y biológicos)(ADEME, 1985). Su composiciónestá muy influenciada por las carac-terísticas de las aguas tratadas(Saña et al., 1980; Saña, 1985), porel tipo de tratamiento aplicado a ladepuradora y por cómo éste se lle-va a cabo. En los últimos años, lagestión de los fangos ha sido pro-blemática (ver figura 1 en página141) porque siempre ha habidomás preocupación por cómo sale elagua depurada que por la cantidady composición de los fangos gene-rados.

A pesar de que en Cataluña seinició muy pronto el control de lacomposición de los fangos dedepuradora urbana y que se hizocuando su gestión aún era muycontrolable (Saña et al., 1978 y1980; Soliva y Felipó, 1984; Rome-

ro et al., 1989; Felipó et al., 1992;Soliva et al., 1992; Mujeriego y Car-bó, 1994), el rápido incremento dela instalación de depuradorasgeneró un cierto triunfalismo quehizo que no se controlasen los fan-gos generados de la misma formaque se hacía con el agua depura-da. También ha favorecido estasituación la relativa facilidad (eco-nómica y normativa) que los fangostuviesen como destino el suelo.

La aplicación de residuos orgáni-cos (RO) al suelo (Soliva y Felipó,2003; Soliva, 2004), que nuncadebe convertirse en un vertidoencubierto (ver figura 2 en página142), presenta ventajas e incon-venientes que muchas veces nose evalúan correctamente a causade los diferentes intereses de losgeneradores, de los gestores y delos posibles receptores o usuarios,lo cual afecta negativamente alsuelo (y a sus atributos y funcio-nes), así como los otros compar-timientos ambientales (agua y aire)que no deben cargar con los efec-tos de una incorrecta prevenciónpor lo que respecta a los vertidosy tratamientos de aguas.

Hay otros posibles destinos paralos fangos (vertederos e incinerado-ras) que tienen un coste económi-co más elevado para los generado-res y que también están sometidosa normativas y condicionantes acausa de los problemas ambienta-les que pueden crear; pero seríamuy aconsejable que los vertede-ros y las incineradoras en activo eneste momento se utilizasen de unamanera conservadora para alargarsu vida útil y evitar tener que cons-truir de nuevos (en el hipotéticocaso de que realmente se dispusie-se de lugares donde instalarlos).Los vertederos son «almacenes»de fangos que deberán manejar lasgeneraciones futuras, lo que hacenecesaria diligencia para encontrarsoluciones a largo plazo valorandomuy bien si hay nuevas alternativasde tratamiento o no.

Hay que replantear la situación,teniendo en cuenta otros residuosorgánicos generados y otras vías

de tratamiento, determinando encada caso cuál es el destino másadecuado y posible, y buscar solu-ciones a largo plazo realizando unanálisis bioeconómico cuidadosopara todas las posibilidades.

2. El suelo como receptor defangosNos referimos al suelo (agrícola ode otro tipo) como posible recep-tor de fangos con el objetivo demejorar sus funciones, a la vez quecolaborar en la gestión correctade los fangos.

El suelo, recurso natural no reno-vable a corto plazo, es un sistemavivo y complejo que evoluciona conel tiempo. Tanto su formación y evo-lución como su degradación son elresultado de la cinética de procesosque dependen de atributos intrínse-cos y extrínsecos. Los primerosdependen de los factores que par-ticipan en su formación (tipo dematerial originario, clima, topografía,vegetación natural y tiempo) ydeterminan su capacidad para unuso específico. Los atributos extrín-secos dependen del uso del sueloy de cómo se gestiona y maneja(Felipó, 2004). Aquí, por lo tanto,interviene la forma de gestionar losRO a través del suelo. Muchos sue-los agrícolas de la cuenca medite-rránea sufren como principal proce-so de degradación la pérdida demateria orgánica (Rusco et al.,2001). Eso es debido a que hansido cultivados desde hace muchosaños y de forma especialmenteintensiva los últimos decenios.

La materia orgánica (MO) es uncomponente básico para el man-tenimiento de las funciones delsuelo. Los agrónomos consideranque los suelos con menos del1,7% de MO están en fase de pre-desertificación (CCE, 2002). Esti-maciones realizadas recientemen-te afirman que el suelo de casi el75% de la superficie total del surde Europa tiene un contenido bajoo muy bajo en MO. En Españapodemos encontrar suelos inclusocon niveles inferiores al 1,5% (verfigura 3 en página 144).

230


Cuando se gestionan residuosorgánicos a través del suelo sepuede pretender (Felipó, 2002):

- Rehabilitar un suelo, que signi-fica mejorarlo a partir de un deter-minado estado de degradación ode baja productividad.

- Restaurar un suelo, que es algocasi imposible (sobre todo si sequiere lograr de manera inmedia-ta) porque implicaría restablecersu estado original.

- Recuperar un suelo, que supo-ne recuperar la funcionalidad.

Y en el caso más utilizado deaplicaciones agronómicas, man-tener la fertilidad del suelo y/ocubrir necesidades de los cultivos.

Los fangos, igual que otros RO,contienen MO y fitonutrientes quelos hacen buenos candidatos a sergestionados a través del suelo,pero con una aplicación controla-da, sin olvidar que pueden conte-ner contaminantes, que existenotros RO (Westerman y Picudo,2002) que pueden presentar mejo-res características y que en ciertoscasos podría no ser aconsejableaplicarlos directamente al suelo.

A pesar de que se ha dicho y serepite muy a menudo que los sue-los mediterráneos en general sonpobres en MO, no todos los tipode MO son adecuados para corre-gir eso (Soliva et al., 2004); ade-más, la MO de los fangos, como lade la mayor parte de RO, vaacompañada de fitonutrientes queno siempre son necesarios en lamisma cantidad que la MO.

En unas estimaciones realizadasel año 1995 (Martínez, 1995), sellegaba a la conclusión de que losdiferentes residuos generadoscubrirían la demanda de carbonoorgánico del suelo de Cataluñapara mantener los índices y sobra-ría para ir incrementando los nive-les de MO, pero que los cultivos notendrían capacidad para absorberla totalidad del N y P aportadospor los mismos residuos. Aunqueno es del todo correcto hacerestas estimaciones globales,generalizando el tipo de MO y fito-nutrientes que tienen los diferentes

residuos, son bastante informati-vas para señalar que ésta y otrasestimaciones (que no siempre soncoincidentes) se tendrían quehacer tomando conciencia de laimposibilidad de seguir intentan-do aportar todos los RO y fangosgenerados en el suelo y que eraobligado seleccionar los más ade-cuados para las aplicacionesdirectas, los aconsejables pararecibir tratamiento y los que sedebían desestimar desde un prin-cipio por su composición, y nocrear competencias desafortuna-das entre residuos. Eso hubieseservido, a la vez, para escoger eltipo de instalaciones de residuosmás adecuados para cada zonadel territorio.

3. Composición y destino delos fangos de depuradoraurbanaHay que caracterizar y conocer alos tipos de residuos y los cambiosdebidos a los diferentes tratamien-tos para poder hacer una diagno-sis adecuada sobre su destino,pero también para aplicar sóloaquellos tratamientos que seannecesarios y que estén contrasta-dos, y evitar dar derrochar dineroy esfuerzos con sistemas que noaportan soluciones reales.

Los gestores de RO, y de fangosen particular, deben tener la sufi-ciente información y capacidadpara poder tomar decisiones ade-cuadas y evitar los diferentes inte-reses en juego favorezcan desti-nos ambientalmente incorrectos.Es aconsejable conocer bien sucomposición (Saña y Soliva, 1985;Saña, 1985; Garau et al., 1986;Felipó y Garau, 1987; Soliva,2000; Soliva y López, 2003) y lastransformaciones que puedensufrir según el manejo o tratamien-to. En el caso concreto de los fan-gos, hay que determinar si esposible tratarlos o utilizarlos direc-tamente y las ventajas que puedesuponer.

En la tabla 1 (ver página 146) seindican las características fisico-químicas y químicas de algunas

muestras de fangos en compara-ción con un estiércol de vacunobien gestionado. En los paráme-tros presentados hay los que eva-lúan el material tanto por su con-tenido en MO como por sucontenido en fitonutrientes o enmetales.

La composición es variable entreplantas depuradoras (tabla 1) opara una misma instalación entreaños (tabla 2 ver página 147).

La normativa de aplicación defangos da mucha importancia asu contenido en metales y conta-minantes orgánicos (tabla 3, verpágina 147), pero aunque esteaspecto es importantísimo paraevitar la dispersión de contami-nantes, también se debería teneren cuenta la falta de estabilidad dela MO de muchos fangos quehace que, en el vertedero o cuan-do se aplican en el suelo, se des-compongan muy rápidamente(figura 4 ver página 148), hechoque, ligado al elevado contenidoen nitrógeno de estos materiales,puede favorecer la contaminaciónpor nitrógeno. Este aspecto nosólo es importante en caso dehacer aplicaciones agrícolas, sinotambién en caso de ir a un verte-dero o de utilizarse para restaurarsuelos degradados (Alcañiz et al.,1996; Jorba et al., 2004). El con-tenido en MO de los fangos y suresistencia a la degradación estánmuy ligados al tipo de depurado-ra, pero también a cómo se apli-ca y se hace el seguimiento de sufuncionamiento. La estabilidad delfango que se consiga en la depu-radora hará que la cantidad defango generado sea inferior y quesu manejo (para cualquier destinoque se le dé) sea más fácil. No sedebe plantear el problema deldestino de los fangos sin incluirloen todo el proceso de la depura-ción, de forma global y desde elprincipio hasta el final.

La composición de un fangodepende mucho de su origen,pero seguro que un control mejorde las aguas de entrada y de losmétodos de depuración puede

231


potenciar el valor de los compo-nentes útiles y disminuir la peligro-sidad de otros (Amorena, 1995;Gómez y de la Peña, 1990). En lafigura 5 (ver página 149) se apre-cian las mejoras en la composi-ción en metales de fangos de unadepuradora cuando controla lasaguas de entrada.

4. Utilización de los fangos enla agriculturaDado que la aplicación agrícola defangos o del compuesto que sepuede obtener es hasta elmomento la vía más económicade gestión, hay que ser exigenteen los condicionamientos para laaceptación de los fangos y asífavorecer el control de las aguasresiduales que llegan a las depura-doras y el proceso de depuracióny de tratamiento del fango en lamisma depuradora.

Pretender reciclar todos los RO através del suelo, sin seleccionarlos que son más convenientes, oimprovisar en la búsqueda deotras alternativas, puede llevar lagestión de los residuos a unasituación caótica debido a:

- Sobrepasar la capacidad denuestros suelos y sus cultivos parareciclar materia orgánica y losnutrientes.

- Llegar a plantear una «guerra»de residuos y de intereses.

- Dispersar contaminantes en elentorno.

- Invertir muchos esfuerzos ydinero a instalar grandes plantasde tratamiento que no podránsolucionar el problema; y, como laexperiencia ha demostrado otrasveces, lograr únicamente encare-cer, complicar y desprestigiar lagestión de los residuos.

Hay la idea generalizada de que laaplicación de fangos al suelo agrí-cola, o de otro tipo, es beneficiosapara la producción vegetal y quesólo hay que controlar la posibilidadde acumulación de contaminantes(tabla 3) y su transferencia a lacadena trófica. Este tipo de control,aunque es muy importante, es insu-ficiente. Si se debe utilizar un fango

o no, en qué dosis (tabla 4, verpágina 148) y en qué momento,así como la manera de evaluar elcomportamiento, debe hacersedesde el punto de vista de la mejo-ra de las características del suelo,de la producción y la calidad de losvegetales, y del estudio de todas lasposibles vías de dispersión de con-taminantes (aire, agua, suelos ycadena trófica). El uso de los fangostiene interés, pero se debe tener encuenta que su comportamiento esdiferente del de un estiércol (tabla 1)o de un compuesto bien estabiliza-do (Bernat et al., 2001); libera nitró-geno más fácilmente y los benefi-cios que genera por el tipo de MO(menos estabilizada) que aportason inferiores. Aplicar un fango conun contenido elevado en MO ypoco estable puede favorecer uncrecimiento rápido de los vegetales,pero a la vez generar excesos denitrógeno y fósforo (ver figura 6aen página 150 y 6b en página 151)y no favorecer una mejora de laspropiedades físicas del suelo.

No se pretende decir que la apli-cación de fangos al suelo no debehacerse, sino que hay que hacerlabajo control y cuando sea aconse-jable. Como es un producto conexcedentes, a veces hay la ten-dencia a utilizarlo en dosis superio-res a las necesarias o en aplicacio-nes no idóneas (figura 1), comopasa muchas veces con los resi-duos líquidos ganaderos. Reciclaradecuadamente los RO puedecoincidir con los objetivos de laagricultura sostenible (incrementarel contenido en MO de los suelos,reducir el uso de fertilizantes mine-rales, mejorar la economía de lasexplotaciones agrícolas y favore-cer la gestión correcta de los RO),con el documento de proteccióndel suelo publicado por la UE y conel interés actual de fomentar elsecuestro de carbono por parte delos suelos. Por eso, esta utilización,igual que otros posibles opciones,se debe hacer con visión de futu-ro, de manera que se pueda man-tener en el tiempo, priorizando la

protección y siempre que continúeresultando una operación viabledesde el punto de vista económi-co y de gestión, y logrando laaceptación social. Es interesantedisponer de herramientas bioeco-nómicas que permitan identificarlas vías más ventajosas de gestiónde los diferentes RO (Andrews etal., 1999) de acuerdo con la soste-nibilidad que tanto pregonamos ysobre todo cuando son tantos losgrupos involucrados en la toma dedecisiones y en la posible afecta-ción.

5. Compostaje de los fangos Compostar (transformar biológica-mente los residuos en condicionescontroladas) consiste en gestionarlos residuos orgánicos de una for-ma respetuosa con el entorno,involucrar y responsabilizar a lasociedad que los genera y dar alproducto obtenido (compuesto) eldestino adecuado (Giménez et al.,2005). Es, a la vez, una ciencia y unarte; es un proceso controlado,biooxidativo y termófilo que, gra-cias a una actividad microbiológicacompleja, transforma los residuosorgánicos en un producto estabili-zado, aplicable al suelo, sobre elcual producirá un efecto beneficio-so (Saña y Soliva, 1987; Soliva,2001). El hecho de que eso selogre con una tecnología sencilla ocompleja dependerá de las canti-dades de residuos que se debentratar, de la disponibilidad de espa-cio y de tiempo y, evidentemente,del presupuesto.

El compostaje ocupa un determi-nado lugar en la gestión integralde los residuos; es un tratamientobiológico de RO tan antiguo comola agricultura y como la produc-ción de residuos. En la situaciónactual lo que ha variado es el moti-vo por el que se aplica (Soliva,1998). Muchos años atrás eraimprescindible conservar la mate-ria orgánica y los fitonutrientescontenidos en los residuos parapoder mantener la fertilidad delsuelo (Zaguero y Garrabou, 1996);actualmente, se dispone de otros

232


medios, aunque no siempre sonsuficientes ni se aplican correcta-mente, y demasiadas veces sepropone el compostaje más comouna necesidad para la gestión deresiduos que como beneficio desuelos y cosechas. Si se piensaque el compuesto debe ser aplica-do al suelo, las restricciones debenser más rigurosas que si se pien-sa en compostar para reducir pesoy volumen de los residuos; en esteúltimo caso, a pesar de que sepuede ser más tolerante, tambiéndeben existir unas condiciones,aunque de otro tipo. Se trata, endefinitiva, de establecer unosrequisitos para evitar que se hagaun mal uso del compostaje, que seconvierta en una manera encubier-ta de enviar residuos hacia los sue-los o que se haga en condicionestan inaceptables que cree moles-tias al vecindario y problemasambientales graves.

Los materiales que se debencompostar tienen que presentar,por si solos o mezclados, unascaracterísticas que favorezcan yfaciliten el proceso para llevarlo acabo en las mejores condiciones(energéticas, económicas yambientales) posibles. Los fangospresentan unas características ina-decuadas para ser compostadossolos; hay que mezclarlos conmateriales de características com-plementarias que les aporten poro-sidad, estructura y sobre todoequilibrio en biopolímeros ynutrientes (principalmente, C/N)para conseguir un proceso termó-filo eficiente y evitar problemasambientales o costes excesivospara controlarlos (Soliva et al.,1993; Arbiol et al., 1993). Es ver-dad que la necesidad de materia-les complementarios obliga a

tenerlo en cuenta en el dimensio-namiento de las plantas y a mane-jar, sobre todo en las primerasfases, mayores volúmenes, peroes una decisión que hay que tomary valorar si lo que se quiere haceres compostar.

Cuando se composta, los fangosse transforman en un productomás seco, más manejable y que, siha sido correctamente transforma-do, conservará y concentrará losfitonutrientes originales.1 Desgra-ciadamente, el hecho de quemuchos fangos no se puedan apli-car directamente al suelo o quesean difíciles de transportar debidoal contenido en agua ha hecho quese haya descontrolado bastante sutratamiento, y hay plantas que lohacen con mezclas inadecuadas,sin medidas de control del proce-so ni de emisiones, lo que ha gene-rado muchos problemas y rechazode la sociedad hacia este tipo deinstalaciones.2 Se olvida demasia-do a menudo que el compostaje, sise hace correctamente, transfor-ma los residuos y reduce su peso,su volumen y la problemática de sufermentabilidad y, por lo tanto, faci-lita la posterior gestión, pero evi-dentemente, con un coste. El des-tino lógico del compuesto deberíaser la aplicación como enmienda,fertilizante o sustrato, pero esodepende de los contaminantespresentes en los materiales com-postados y en la manera como seha controlado su transformación; sieste no es el destino porque nocumple las exigencias normativas(RD 824/2005), porque tiene pocaaceptación, porque el mercadoestá saturado o porque ya se haplanteado como «compostajegris», cualquier otro destino tam-bién debe ser evaluado desde el

principio hasta el final para minimi-zar costes (ambientales y económi-cos).

6. Comentario finalLas innovaciones y nuevas ten-dencias en el destino de los fangosno deben referirse solamente a lasinnovaciones tecnológicas (sin olvi-darlas), porque éstas, en unasociedad en cambio como es lanuestra, ya se pueden dar porseguras; lo que debe ser nuevodebe ser el hecho de aplicarlascuando sea preciso y de formaadecuada. Podríamos hablar deinnovaciones y tendencias enaspectos como por ejemplo:

- Ser responsables en el momen-to de generar y verter aguas resi-duales.

- Ser respetuosos y serios en elmomento de planificar estacionesde tratamiento y escoger la tec-nología y, sobre todo, en elmomento de decidir el destino delos fangos; así como también sermuy respetuosos en el momentode transformar estos temas ennoticia.

- Y, sobre todo, que la gestión delos residuos fuera un hecho en elque todos participásemos (Felipóet al., 2004; Soliva et al., 2004).Sería una novedad, una innova-ción, que se lograse un trabajomás coordinado.

Ser innovadores no quiere decircopiar, ni aplicar simplemente latecnología «más nueva» ni la máscara, ni dejar en manos de deter-minadas empresas el destino delos residuos de nuestro entorno; laelección de una tecnología senci-lla o puntera dependerá de cadasituación particular, valorandorazonadamente y en conjunto lasventajas y los inconvenientes.

233

1. Hay que ser conscientes de que también se concentrarán los metales pesados, por eso hay que controlarlos en los materiales

de entrada.

2. «[…] los vecinos descubrimos que lo que se había iniciado como planta de compostaje, que tiene un nombre muy agradable y

suena a ecológico […], había pasado a ser con el tiempo una instalación de residuos industriales […] que tiene un expediente por-

que se pasa en un 77% en los residuos que trata […] entre los cuales hay fangos de depuradora […]», diario gratuito Buenos Días,

19 de diciembre de 2006.


Hace falta información, innovacióne imaginación. Queda claro quetambién hay que tener en cuentael presupuesto de que se dispon-ga, pero seguramente se puededecir que cuando un sistema degestión o tratamiento no ha funcio-nado o no funciona no ha sido, enla mayor parte de los casos, porfalta de presupuesto.

BibliografíaADEME (1985). Les micro-polluants organiques dans lesboues résiduaires des stations d’é-puration urbaines. Agence de l’En-vironnement et de la Maîtrisse del’Energie. Francia: Angers. — (1985). Les micropolluantsmétalliques dans les boues rési-duaires des stations d’épurationurbaines. Agence de l’Environne-ment et de la Maîtrisse de l’Ener-gie. Francia: Angers.ALCAÑIZ, J. M.; COMELLAS, L.;PUJOLÀ, M. (1996). Manual de res-tauració d’activitats extractivesamb fangs de depuradora. Recu-peració de terrenys marginals.Barcelona: Junta de Sanejament[ed.]: Generalitat de Catalunya.AMORENA, A. (1995). «Plan integralde reutilización de lodos de depu-radora en la comarca de Pamplo-na». Gestión y utilización de resi-duos orgánicos para la agricultura.Fundación La Caixa: AEDOS.ISBN: 84-7664-503-1. ANDREWS, S. S.; LOHR, L.; CABRERA,M. L. (1999). «A bioeconomic deci-sion model comparing compostedand fresh litter for winter squash».Agricultural Systems, núm. 61, p.165-178.ARBIOL, M.; BENITO, P.; SOLIVA, M.;VILLALVA, D.; MOLINA, N. (1993).«Pruning residues and sewagesludge co-composting». Procee-dings of International Conferenceon Environmental Pollution. Vol 2.ISBN 0 9521673 0 1. BERNAT, C.; CASADO, D.; FERRAN-DO, C.; PAULET, S.; PUJOL, M.; SOLI-VA, M. 2001. «Compost, manureand sewage sludge applied to acrop rotation». En: Sangiorgi, F.[ed.]. Recycling of Agricultural

Municipal and Industrial Residuesin Agriculture. Milán. Directive 2000/76/EC, on wasteincineration.FELIPÓ, M. T. (2002). «Utilización demateria orgánica residual urbanaen la recuperación de suelosdegradados». Agricultura y medioambiente: Nuevos avances enconservación y manejo de agrosis-temas. Curso patrocinado por laFundación Universidad de Veranode Castilla y León. Segovia 1-5 dejulio.— (2004). «Ús del sòl i sostenibili-tat agrària. Els sòls de Catalunya:un recurs natural limitat». La terrai el medi. Publicacions de la Pre-sidència del Institut d’EstudisCatalans, núm. 17. FELIPÓ, M. T.; GARAU, M. A.; PASCAL,M. D.; CARDÚS, J. (1982). «Reutili-zación de aguas y lodos residua-les procedentes de depuradorasmunicipales a través del suelo».Anales Edafología y Agrobiología,XLI, p. 9-10. FELIPÓ, M. T.; GARAU, M. A.; SOLI-VA, M.; SAÑA, J. (1982). Posibilida-des de aprovechamiento de lodosde depuradoras en aguas residua-les como enmienda y fertilizante.Conferencia contra la polución delMediterráneo. Libro de Actas. FELIPÓ, M. T.; GARAU, M. A. (1987).«Comparison of biological andChemical methods to determineavailable nitrogen in sewage slud-ge amended soil». Biology anf Fer-tility Soils, (5) 1, p. 26-30. FELIPÓ, M. T.; HUERTA, O.; LÓPEZ,M.; SOLIVA, M. 2004. «Research onorganic wastes soil recycling andits applicability to local scenarios».En: Ferrer-Balas, D.; Mulder, K. F.;Bruno, J.; Sans, R. [ed.]. II Interna-tional Conference on EngineeringEducation in Sustainable Develop-ment. EESD. Ó CIMNE y UPC Bar-celona.FERNÁNDEZ, M. (2001). «Mineralitza-ció de fangs i composts de diferentorigen». Informe Conveni ESAB yJunta de Residus.GARAU, M. A.; FELIPÓ, M. T.; RUIZ DE

VILLA, M. C. (1986). «Nitrogenmineralization of sewage sludges

in soils». Journal EnvironmentalQuality, 15 (3), p. 225-228.GIMÉNEZ, A.; GEA, V.; HUERTA, O.;LÓPEZ, M.; SOLIVA, M. «Aproxima-ción a la situación actual en Cata-luña del mercado del compost ela-borado a partir de la fracciónorgánica de residuos municipalesrecogida selectivamente». II Con-greso sobre Residuos Biodegra-dables y Compost. Sevilla, 20-21de octubre de 2005. Instituto parala Sostenibilidad de los Residuos. GÓMEZ, L. A.; PEÑA, G. de la (1990).«Sistemática seguida y resultadosobtenidos en el control de verti-dos y residuos industriales decarácter tóxico y peligroso en lacomarca de Pamplona». En: I Con-greso Internacional de Química dela ANQUE: Residuos sólidos ylíquidos. Su mejor destino. Puertode la Cruz (Tenerife), 3, 4 y 5 dediciembre. [Ponencia]JORBA, M.; JOSA, R.; HERETER, A.;VALLEJO, R. (2004). «Improvementof the physical quality of substra-tes used in ecological restorationof open limestone quarries».Fourth International Conference onLand Degradation. Murcia. Ley 6/1993, de 15 de julio, regu-ladora de los residuos. Barcelona:Generalitat de Catalunya. DOGC.núm. 1776, 28 julio 1993. LÓPEZ, M. (2002). «Elementspotencialment tòxics en fangs dedepuradora: raons per establirlímits en els continguts i en l’apli-cació». Informe Convenio ESAB-AGBAR.MARTÍNEZ, F. X. (1995). «Posiblesusos de los residuos urbanos enagricultura: abono, enmiendaorgánica y sustrato de cultivo».Gestión y utilización de residuosorgánicos para la agricultura. Fun-dación La Caixa: AEDOS. ISBN:84-7664-503-1.MUJERIEGO, R.; CARBÓ, M. (1994).Reutilització dels fangs en agricul-tura. Informe Tècnic. Editado porConsorci de la Costa Brava. ISBN84-920002-1-x.Propuesta de Directiva del Parla-mento Europeo y del Consejo, porla cual se establece un marco para

234


la protección del suelo y se modi-fica la Directiva 2004/35/CE. Bru-selas, 22 setiembre 2006.COM(2006) 232 final. 2006/0086(COD).Real Decreto 824/2005, sobreproductos fertilizantes. ROMERO, R.; SAÑA, J.; BALANYÀ, T.(1989). «Manual d’utilitats delsfangs de depuradora com aadob». Quaderns de Divulgació,núm. 12. IRTARUSCO, E.; JONES, R.; BIBOGLIO, G.(2001). «Organic matter of the soilsin Europe: present status and futu-re trends». European Soil Bureau.Soil and Waste Unit. Institute forEnvironment and Sustainability.JRC. Ispra. 12p. SAGUER, E.; GARRABOU, R. (1996).«Métodos de fertilización en la agri-cultura catalana durante la segun-da mitad del siglo XIX». La fertiliza-ción en los sistemas agrarios. Unaperspectiva histórica. FundaciónArgentaria. P 89-126. ISBN 84-7774-974-4. (Economía y Natura-leza)SAÑA, J. (1985). «Els fangs dedepuradora com a adobs orgà-nics». Quaderns Agraris, núm. 6.ICEA.SAÑA, J. (1985). «La utilització delsfangs de depuradores urbanescom a adobs. Caracterització de laseva fracció orgànica». Universitatde Barcelona. [Tesis doctoral] SAÑA, J.; COHÍ, A.; BONMATÍ, M.;RIVA, A. de la; SOLIVA, M.; FELIPÓ, M.T.; GARAU, M. A. (1980). «Los fan-gos de depuradora y su uso comofertilizantes». En: VII CongresoNacional de la Industria Química.SAÑA, J.; GARAU, M. A.; FELIPÓ, M.T.; CARDÚS, J. (1980). «Composicióquímica i propietats físiques defangs residuals i la seva aplicacióagrícola». En: Anales de la Sec-ción de Químicas del Colegio Uni-versitario de Gerona. Vol. 3. SAÑA, J.; GARAU, M. A.; FELIPÓ, M.T.; SOLIVA, M. (1980). «Organiccomposition of municipal sewa-ge». En: Actas del InternationalSymposium Humus and Plant VII.SAÑA, J.; SOLIVA, M. (1985). «Qua-lificació global d’un adob orgànic

com a font de matèria orgànica,com a nutrient mineral i com acontaminant». Quaderns Agraris,núm. 6. ICEA.— (1987). «El compostatge: pro-cés, sistemes i aplicacions». Qua-derns d’Ecologia Aplicada, núm.111. Diputació de Barcelona. Ser-vei del Medi Ambient.SOLIVA, M. (1998). «Tecnología delcompostaje: efectos de la pro-puesta de Directiva CEE 97/C156/08». En: Jornadas sobre tra-tamientos biológicos integrados,BIOMETA 98. Àrea Metropolitanade Barcelona. Entitat del MediAmbient.— (2000). «Aplicación de lodosresultantes de la depuración deaguas residuales urbanas a la agri-cultura». IQPC. Forum Internacio-nal: Tratamiento de lodos de depu-radora: su minimización,valorización y destino final. Madrid,marzo de 2000.— (2001). Compostatge i gestióde residus orgànics. Barcelona:Diputació de Barcelona. Àrea deMedi Ambient. (Estudis i Monogra-fies; 21)— (2004). «Organic waste in Spain:a problem that should be a resour-ce». En: Bernal, M. P.; Moral, R.;Clemente, R.; Paredes, C. [ed].Sustenaible Organic Waste Mana-gement for Environmental Protec-tion and Food Safety. Proceedingsof 11th International Conference ofthe FAO ESCORENA Network onRecycling of Agricultural, Munici-pal and Industrial Residues in Agri-culture. Vol. I. RAMIRAN, Murcia, 6-9 de octubre. SOLIVA, M.; FELIPÓ, M. T.; GARAU, M.A.; SAÑA, J. (1982). «Com aprofitarper a l’agricultura els fangs resi-duals derivats de la contaminació».Ciència, 22. SOLIVA, M.; FELIPÓ, M. T. (1984.«Gestión y reutilización agrícola delodos procedentes del tratamien-to de aguas residuales». Depura-ción y reutilización de aguas resi-duales.SOLIVA, M.; FELIPÓ, M. T. (2003).«Organic wastes as a resource forMediterranean soils». En: Langen-

kamp, H.; Marmo, M. [ed.]. Proce-edings of the Workshop BiologicalTreatment of Biodegradable Was-tes. Technical Aspects. Bruselas,p. 249-272. SOLIVA, M.; VILLALBA, D.; VILARASAU,B.; ARBIOL, M. (1993). «Characte-rization of composted pruningmaterials from urban gardens».Acta Horticulturae, 342, p. 361-370.SOLIVA, M.; LÓPEZ, M. (2003). «Eldestino final de los lodos. Criteriospara la decisión. Aplicación al sue-lo». Seminario sobre Produccióny Gestión de Lodos de Depurado-ra. MIMAM-AGBAR, marzo de2003.SOLIVA, M.; BERNAT, C.; GIL, E.;MARTÍNEZ, X.; PUJOL, M.; SABATÉ,J.; VALERO, J. (2004). «Organicwaste management in educationand research in agricultural engine-ering schools». En: Ferrer-Balas,D.; Mulder, K. F.; Bruno, J.; Sans,R. [ed.]. II International Conferen-ce on Engineering Education inSustainable Development. EESD.Ó CIMNE y UPC Barcelona.SOLIVA, M.; LÓPEZ, M.; HUERTA, O.;VALERO, J.; FELIPÓ, M. T. (2004).«Waste organic matter quality ver-sus soil amendment effects». En:Bernal, M. P.; Moral, R.; Clemen-te, R.; Paredes, C. [ed.]. Sustenai-ble organic waste management forenvironmental protection and foodsafety. Proceedings of 11th Inter-national Conference of the FAOESCORENA Network on Recyclingof Agricultural, Municipal andIndustrial Residues in Agriculture.RAMIRAN. Murcia, 6-9 de octu-bre de 2004. Vol. I, p. 201-204.WESTERMAN, P.; PICUDO J. «Mana-gement strategies for organic was-te use in agriculture». Proceedingsof the 10th International Conferen-ce of the Ramiran Network. Eslo-vaquia, 14-18 de mayo de 2002,p. 85-91.

235


Quince bidones de…detritosRamon Rabella PujolJefe de la Sección de Apoyo a laGestión Local. Servicio de MedioAmbiente. Diputación de Barcelona

Nuestro modus vivendi en la socie-dad industrial hace que produzca-mos todo tipo de outputs, a losque no damos la importancia quemerecen. Por ejemplo, ahora mis-mo estamos viviendo la emergen-cia del tema del cambio global, alque, a pesar de que ya hacemuchos años que estábamosadvertidos, hasta ahora ni institu-ciones, ni medios de comunica-ción, ni la opinión publica habíantomado seriamente.

El cambio global va unido a algu-nos de estos outputs, como losgases de efecto invernadero, a losque no se dio mucha importanciaen su momento pensando que laatmósfera era un vertedero infinito.El mismo problema del «vertederoinfinito» lo podemos tener en otrasmaterias.

Hay un grupo de materiales que,a pesar de que son muy diferen-tes, hasta ahora han tenido un tra-tamiento semejante. Nos referimosa todos los productos más omenos orgánicos cuyo destino esser distribuidos por el territorio, yasea en las superficies agrícolas oespacios que se deben restaurar(cuando antes han sido tratados otienen unas características deter-minadas), ya sea en vertederosespecíficos. Pero el territorio no esun «vertedero infinito» y ya hay sín-tomas de saturación, por lo menosa escala local.

Este grupo de materiales (outputsno deseados) está formado bási-camente por los lodos de depura-doras urbanas e industriales, losestiércoles de la ganadería intensi-va industrializada y la fracción orgá-nica de los residuos municipales(FORM). En la tabla 1 (ver página159) tenemos un cálculo aproxi-mado de los volúmenes que gene-ramos en Cataluña de cada unode los tipos.

Para hacernos una idea de lo queeso supone para cada habitantede Cataluña, si nos gestionáse-mos nosotros mismos nuestraparte, nos tocarían casi 3 metroscúbicos de residuos variados (pordecirlo delicadamente). Si estacifra la pasamos a los típicos bido-nes industriales, nos tocarían 15.Si nos guardásemos nuestra par-te, suponiendo una esperanza devida de setenta y cinco años, acu-mularíamos 225 m3 o 1.125 bido-nes. Contando que un piso tipotiene unos tres metros de altura,necesitaríamos uno de 75 m2, y sifuésemos tres de familia, 225 m2 ydeberíamos vivir en la calle.

Si todo este volumen, en vez dequedárnoslo nosotros, lo repartié-semos para el conjunto de las800.000 hectáreas de tierraslabradas de Cataluña, alternativaque aún hoy es la mayoritaria, ten-dríamos una capa continua recu-briendo el suelo de casi 3 mm.

Cabe decir, sin embargo, queuna buena parte de este volumense pierde a lo largo de una gestióncorrecta. Así, durante el compos-taje, se pierde entre un 60% y un75% del peso (por pérdida deCO2, humedad y otras emisiones).Por otro lado, hay una parte deresiduos que no están contabili-zados en este ejercicio teórico,como por ejemplo el residuo ver-de urbano, algunos alimentarios…

De todas formas, a pesar de queestos cálculos son aproximados, apesar de que se puede tratar losresiduos para reducir el peso, apesar de todos los avances tecno-lógicos, parece que queda claroque la única alternativa razonablees su minimización. La prevenciónen la generación, ya sea por modi-ficación de hábitos o de procesos,se hace imprescindible, ya que elterritorio no es un vertedero infini-to.

236


Posibilidades dereutilización desedimentos dragados nomarinos en laregeneración ambientalde áreas degradadasIñaki García, geólogoDepartamento de Geología y Sue-los de Basoinsa, SL

Una parte de la información refleja-da en el presente artículo provienede proyectos de I+D desarrolladospor Basoinsa, SL conjuntamentecon la Fundación Labein.

1. Introducción y escenario dereferenciaLa contaminación de suelos ysedimentos es un problemaampliamente extendido en los paí-ses industrializados que, enmuchos casos, impone restriccio-nes en el uso del suelo (y en laposible reutilización de sus mate-riales constituyentes) debido a losriesgos asociados para la saludhumana, a la vez que implicaimpactos medioambientales ina-ceptables relacionados con efec-tos graves sobre el funcionamien-to de los ecosistemas. A lo largode la última década, el interés porlas técnicas de tratamiento ex situ(y en menor medida on-site) deestos emplazamientos contamina-dos con vistas a la reutilización delos materiales ha experimentadoun notable aumento. Las principa-les razones se relacionan con elhecho de que las técnicas de tra-tamiento son cada vez más capa-ces de tratar una gran variedad decontaminantes en diversos mate-riales matriz. Sin embargo, lamayor ventaja atribuida a estas ini-ciativas es, como ya se ha mencio-nado repetidamente, la desactiva-ción de materiales contaminados,su reciclaje como recurso naturalen usos de valor añadido y la apli-cación de tratamientos a todo pre-sunto residuo antes de, o en vezde, ser depositado en vertedero.

Con el objeto de reducir los pro-blemas medioambientales y socio-económicos asociados a la ges-

tión de los residuos, en la Comu-nidad Autónoma del País Vasco(CAPV), al igual que en la mayoríade los países europeos, existenprogramas y planes de actuacióndirigidos a:

- Minimizar la producción de resi-duos.

- Reducir la presencia de sus-tancias peligrosas asociadas a losmismos.

- Desarrollar tecnologías de reu-tilización y reciclaje.

En este contexto, la reutilizacióny el reciclaje de los materiales,siempre que no implique la entra-da de sustancias contaminantesal medio ambiente, adquiere unaenorme trascendencia tanto eco-nómica (ahorro en la explotaciónde recursos) como ecológica (dis-minución de la superficie dedicadaa vertederos).

Dependiendo de los sectores deactividad, las diferencias entre elpotencial de reciclaje o reutiliza-ción y la aplicación real de estasactividades varían ampliamente.Así, en el sector de la construcciónel potencial de reciclaje y/o reutili-zación de los residuos se estimaque puede alcanzar hasta un 75%,cuando la realidad es que sólo el5% es reciclado hoy en día. En elcaso de los suelos contaminados,la situación es similar, pues se con-sidera que la reutilización (en deter-minadas condiciones) podría seraplicable a cantidades importantesde este tipo de materiales.

Así, a lo largo de los últimosaños, el interés por las técnicas dereutilización de materiales comotecnología a implantar frente a ladeposición típica en vertederos (decualquiera de las tipologías exis-tentes) cobra cada vez más senti-do e importancia socioeconómicafundamentalmente sobre la basede varios aspectos:

- Las necesidades que la existen-cia de estos grandes vertederosimplican en cuanto a espaciosocupados, dado que es notoria lacada vez mayor problemática aso-ciada a estos aspectos, muchasveces con razones de peso.

- La importante cantidad demateriales perfectamente reutiliza-bles que resultan perdidos en lamasa de residuos que se deposi-ta en el vertedero o se incinera.

- En el caso concreto de la CAPVy comunidades vecinas, la grandemanda simultánea de:

1. Actuaciones que permitan evi-tar el vertido de materiales en ver-tederos de residuos no inertes, consus altos costes asociados.

2. Espacio en vertederos de resi-duos inertes.

3. Áridos o materiales de rellenopara obra civil en general, y deregeneración de áreas degrada-das (brownfields) en particular.

Estas actuaciones estarían asi-mismo en concordancia con unade las claves de la sostenibilidadambiental en la UE: no destinar nin-gún producto a vertedero sinhaberlo tratado previamente (inclu-so para su reutilización), en un con-texto económicamente y ambien-talmente viable, con las mejorestecnologías disponibles. En rela-ción con el ámbito de la CAPV enconcreto, se considera de espe-cial interés el aprovechamiento derecursos (entendidos hoy aúncomo residuos) existentes ya ennuestra Comunidad Autónoma, ycon un potencial de reutilizaciónnotable, como son los sedimentosfluviales o procedentes de la col-matación de presas y embalses.En definitiva, se trataría de invertirel orden habitual del binomio «resi-duo-recurso» convirtiendo un pro-blema (a veces grave) de gestiónde residuos en una oportunidad deaprovechamiento de recursos.

Las aplicaciones de reutilizaciónde estos materiales que se puedenprever a priori son las siguientes:

- Utilización como topsoil en pro-yectos de paisajismo, jardinería,etc.

- Utilización como rellenos enproyectos de paisajismo, diseñode parques y zonas verdes, áreasdeportivas, etc.

- Reutilización como rellenos enlos proyectos de regeneración debrownfields.

237


Con respecto a los sedimentosexcavados, debemos partir de labase de que, considerando quees preferible prevenir que reaccio-nar, nos parece necesario un cam-bio de enfoque. Mientras que en laCAPV y entorno inmediato el pro-blema de las actuaciones consedimentos excavados es «¿Dón-de los puedo verter?», en paísescon producciones anuales dedecenas de millones de metroscúbicos de sedimentos dragados(Holanda, Alemania, Flandes, eincluso Francia e Italia), el proble-ma es «¿Cómo los puedo aprove-char?» lo cual indica que estos paí-ses nos llevan una ventaja de almenos un paso intermedio, queellos ya resolvieron en su día:«¿Sería posible aprovecharlos paraalgo rentable?». Obviamente, larespuesta a esta última preguntaen esos países fue «sí». Profundi-zando en este concepto, la confe-rencia internacional sobre descon-taminación y aprovechamiento desedimentos dragados (organizadaen Ámsterdam en diciembre de2004 por la Fundación StichtingKlasse 4, hoy rEUsed, y en la cualBasoinsa participó) presentaba elsiguiente enfoque en su preámbu-lo: «El gobierno holandés ha dadolos primeros pasos para promo-cionar y fomentar la financiaciónde la conversión de los sedimen-tos más contaminados (Klasse 4)en materiales de construcción.Pero esto se ha revelado por elmomento insuficiente para afrontarel problema; las autoridades loca-les incluso carecen de fondos sufi-cientes para costear el procesadode los sedimentos. Si Europa estápreparada para afrontar económi-camente esta importante actividadambiental, el procesado generali-zado de los sedimentos de clase4 podrá finalmente tener lugar […].En la provincia de Noord-Hollandun tercio de los sedimentos draga-dos no se puede procesar paraconvertirlo en materiales de cons-trucción mediante técnicas ope-rativamente viables. Si no se actúaal respecto, estos materiales

deberán ser vertidos». Comopodemos ver, en estos países laspreocupaciones acerca del desti-no de los sedimentos contamina-dos son muy diferentes de las quedetectamos en nuestro entorno.

2. Características ypotencialidad de usoEn lo que respecta a las posibilida-des de aplicación de los materia-les mencionados en trabajos deregeneración de áreas degrada-das, se pueden señalar las siguien-tes aplicaciones potenciales quelos materiales reutilizados, una vezmejorada su calidad, podríantener:

- Restauración· Material de relleno (huecos de

cantera, perfilados…).· Material de transición: como

base para plantaciones.· Tierras aceptables: como sus-

titutivos de tierras vegetales.- Plantaciones· Para enmiendas: utilizables por

sus propiedades físico-químicas.· Para fertilizaciones: utilizables

por sus propiedades químicas.· Para correctores de suelos: uti-

lizables por sus propiedades físi-cas.

· Para acolchados: utilizablescomo capa de acolchado en basede plantaciones.

En un contexto más amplio y engeneral, los sedimentos lagunareso de embalses, fluviales y fluvioma-reales excavados pueden tenerdiferentes posibilidades de destinosegún la zona de la que sean reti-rados.

2.1 Sedimentos de lagunas oembalsesAl no encontrarse en zonas inter-mareales ni poder asimilarse alodos de depuración a pesar detener en algún caso característi-cas físico-químicas similares, sumanejo debe y deberá ser aborda-do como el de un residuo con arre-glo a la legislación vigente.

Los principales problemas parala reutilización de los sedimentosextraídos de embalses son:

- Su elevada humedad (60-85%),que los hace casi inmanejables enobra y de difícil transporte, y senecesitan eras de secado o meca-nismos de deshidratación previa-mente a su transporte o a su ver-tido como residuo inerte (máximoadmitido teórico 65%).

- La frecuente presencia decapas de materia orgánica aso-ciadas a la mortandad de plantaspor inundación o, en algunoscasos, al aporte de fecales alembalse. Un alto porcentaje demateria orgánica, especialmentesi es de origen fecal, conlleva pro-blemas de excavación y manejo(olores, insectos, algún riesgo deinfecciones), de transporte y deadmisión en vertedero de RI sisupera el 15%.

- Sin embargo, invirtiendo elbinomio residuo-recurso, ese altoporcentaje de materia orgánicaconvierte al sedimento en un com-ponente edáfico de alto valor siem-pre que no presente contamina-ción incompatible con sureutilización y siempre que su tex-tura y parámetros agronómicossean aceptables o al menos fácil-mente corregibles.

En la actualidad Basoinsa estáestudiando la posible reutilizaciónde sedimentos de un embalse conalto contenido de materia orgáni-ca mediante deshidratación ycorrección de textura, pH ynutrientes en las partidas en quesea necesario.

2.2. Sedimentos fluvialesEn este caso la normativa a aplicarsería también la de residuos, conla particularidad de que por partede algunas administraciones seconsidera como algo «natural» unareutilización como relleno en eltrasdós de obras portuarias. Sinembargo, en principio este desti-no estaría reservado a los materia-les dragados en el dominio públi-co marítimo-terrestre (DPMT)según las vigentes normas delCEDEX (1994), cuya revisión, porotro lado, es de inminente apari-ción.

238


La experiencia de Basoinsa eneste tipo de sedimentos es quelos proyectistas del dragado y reti-rada de los mismos se preocupanprincipalmente por encontrar algúnhueco morfológico o minero don-de poderlos verter lo antes posible.Y esto cuando hacen mención aldestino de los materiales draga-dos o excavados, puesto que hayproyectos en los que tales extre-mos no están resueltos o ni siquie-ra tratados.

Los sedimentos puramente flu-viales sin influencia mareal con losque nos hemos enfrentado hasta elmomento tienen la característicadominante de su granulometríamás bien gruesa, con porcentajesmuy mayoritarios de las fraccionesgrava y arena. Esto conlleva unamayor reutilización de ambascomo áridos secundarios, a losumo mediante un proceso previode lavado superficial de granos. Lacontaminación quedaría contenidaen la fracción fina cuya reutilizaciónsería bastante más comprometi-da. No obstante, estaríamos evi-tando el vertido como residuo iner-te de alrededor de un 60-70% delvolumen excavado o dragado enmedio fluvial.

Finalmente, si la fracción finaconcentra un porcentaje de mate-ria orgánica adecuado en ausen-cia de contaminación microbianainaceptable, podría considerarseal menos como posibilidad su reu-tilización en tareas agrícolas comose hace con los lodos de EDAR.Debe tenerse en cuenta que laexperiencia nos indica las altasconcentraciones de metales pesa-dos y otros contaminantes queestos lodos suelen presentar sinque ello sea obstáculo para su usoagrícola, siempre que se cumpla lalegislación vigente en materia delodos.

Así pues, para asegurar la reuti-lización de un importante volumende este tipo de materiales podríanbastar métodos estándar relativa-mente sencillos como, por ejem-plo, el dragado selectivo, la sepa-ración mecánica en eras y, en caso

necesario y justificado, el lavadosuperficial simple de las fraccio-nes tratadas.

2.3. Sedimentos fluviomarealesEn este tipo de materiales es másabundante la fracción fina confuerte contaminación de metales,organoclorados, otros hidrocarbu-ros, y con presencia de materiaorgánica, incluso fecal, en porcen-tajes elevados, lo cual a priori pare-ce un obstáculo insalvable para sureutilización.

No obstante, la experiencia deBasoinsa recogida en visitas aplantas de valorización de residuos(waste-to energy) como la queprodujo el 15% de la electricidadde Ámsterdam en 2005 indica queestá en marcha la inyección delodos de depuradora en las cáma-ras de combustión de RSU, y quees factible la inyección de fraccio-nes finas de sedimentos contami-nados para su valorización: se estáya estudiando en circunstanciaspost-diseño, lo que podría serpotencialmente aplicable, porejemplo, al caso de otras incinera-doras en la CAPV.

El resultado de procesos de estetipo nos lleva al aprovechamientode más del 97% de la masa inci-nerada si sumamos la valorizaciónenergética y la producción deescorias y cenizas reutilizablescomo áridos. En caso necesario, aéstos dos últimos materiales se lespodría aplicar un nuevo procesoque los haga inertes definitivamen-te para su reutilización inmediata.

3. Estudios de caracterizaciónSi se quiere validar la aplicabilidaddel material excavado como tierravegetal, o al menos como SEM osustrato edáfico mejorado, sedebe realizar una caracterizaciónfísico-química del mismo en la quese incluya la cuantificación de con-taminantes en el material, previa-mente identificados por el usopasado y actual del emplazamien-to al que pertenecen. Asimismo,esta caracterización debe incluirlos parámetros característicos de

la tierra vegetal: granulometría,materia orgánica (MO), pH, rela-ción C/N, nitrógeno total, fósforototal y potasio total.

En caso de que supere los lími-tes establecidos, se debe realizarun análisis de riesgos específicopara valorar si el uso del materialexcavado supone riesgo. El princi-pal asociado a esta aplicación noes la dispersión por lixiviación, sinoel riesgo para los seres humanosy los ecosistemas que estaránpotencialmente en contacto direc-to con el material contaminado.Por ello, a continuación se deberealizar un análisis de riesgos parala salud humana y los ecosiste-mas. En este caso o escenario, elreceptor del ecosistema másexpuesto a la contaminación es lavegetación, por lo que los ensayosde fitotoxicidad pueden represen-tar el análisis de riesgos hacia losecosistemas ya que consiguenuna medida directa del efecto delos contaminantes sobre ella. Elanálisis de riesgos para la saludhumana se llevaría a cabo según lametodología propuesta por IHO-BE, Sociedad de Gestión Ambien-tal del Gobierno Vasco (Guía meto-dológica: Análisis de riesgos parala salud humana y los ecosiste-mas, 1998). En caso de que elmaterial no sea fitotóxico y ade-más no exista riesgo para la saludhumana, se considera adecuadopara uso como tierra vegetal oSEM.

3.1. Materiales caracterizadosLas muestras de sedimento con-sistieron en 80 kg de material arci-llo-limoso o fangoso (con compo-nente de arena) procedente deldragado de una pequeña presaminera antigua en la Zona Minerade Bizkaia.

En el panel de fotografías adjun-to (ver páginas a partir de 168) semuestran diferentes aspectos delas actuaciones de dragado y delos materiales extraídos.

El muestreo se realizó recogien-do la muestra manualmente consonda Edelmann de un acopio

239


temporal donde se acumulanvarios miles de metros cúbicos desedimentos al tiempo que se pro-duce su deshidratación (ver foto-grafía 1 en página 172). En princi-pio, y una vez completado elperiodo de deshidratación ymaduración del sedimento, estáprevista su reutilización a medioplazo como sustrato edáfico mejo-rado en la renaturalización de áre-as mineras degradadas cercanas.

El origen de la contaminaciónregistrada en los sedimentos quese acumularon en el embalse pue-de ser de varios tipos:

- Origen minero: materiales finosarrastrados de las balsas cercanasde decantación minera, lixiviados yarrastres de escombreras minerascircundantes así como de verte-deros incontrolados hoy retirados.

- Origen ganadero: purines delnumeroso ganado vacuno, caba-llar, caprino y ovino que ha pasta-do libremente durante decenios enlos alrededores del embalse.

- Origen fecal humano: vertidosdirectos a la red hídrica desdecaseríos y pequeños núcleos depoblación.

- Otra contaminación orgánica:materia vegetal en descomposi-ción originada por la inundaciónen la década de los años sesentade los prados y zonas arbustivasen los márgenes del embalse.

- Origen circunstancial tardío enla posición actual: pequeños apor-tes de lixiviados procedentes delos residuos inertes adyacentes alsedimento actualmente.

Por otro lado, los contaminantesesperados o detectados en lossedimentos son los siguientes:

- Metales pesados procedentesdel acúmulo, lavado y decantaciónde mineral: As, Zn, Pb, Cd, Cr, Cu,además de otros no contaminan-tes como Fe y Mn.

- Orgánicos alóctonos derivadosde los vertidos incontrolados deresiduos: pequeñas concentracio-nes de organoclorados, PAH.

- Orgánicos «autóctonos» deri-vados de la descomposición vege-tal y de los aportes fecales: conta-

minación bacteriológica de colifor-mes fecales, abundante materiaorgánica, pequeñas concentracio-nes de fenoles.

El muestreo se realizó tal comose ha descrito anteriormente.

El material muestreado se hacaracterizado inicialmente teniendoen cuenta tanto parámetros mecá-nicos como físico-químicos. Loscontaminantes analizados corres-ponden a los identificados comomás frecuentes en relación con eluso del emplazamiento donde seha tomado la muestra. La siguien-te tabla presenta los resultadosobtenidos. (ver tabla 1 en página167)

En una campaña anterior demuestreo se estableció que la pre-sencia de As y Cu en lixiviado DINes poco relevante. Y la EC50 basa-da en lixiviado EP da siempre valo-res superiores a los 350.000 mg/l,y marca una ecotoxicidad muy bajao inexistente.

Para evaluar si los metales seencuentran en el sedimento porencima de los niveles naturales, esdecir, si el sedimento es un mate-rial contaminado, se realiza unacomparativa con los VIE-A. Laanalítica efectuada permite decirque el sedimento presenta conta-minación baja-moderada porcobre, zinc y arsénico. Por lo tan-to, para evaluar la validez de estesedimento para ser utilizado enobra civil o paisajismo se debe rea-lizar una validación ambiental ade-más de una validación técnica.

4. Reutilización del sedimentocomo SEM para la adecuaciónde determinadas zonas delParque Meaztegi BerdeaDesde inicios de 2001, Basoinsatrabaja para la sociedad foralMeaztegi en diversos proyectos derecuperación ambiental de la ZonaMinera de Bizkaia. Entre ellos seencuentra la asesoría hidrogeológi-co-ambiental para un correctoenfoque en esos campos de larecuperación ambiental que darálugar al futuro Parque MeaztegiBerdea.

Como ya se expuso anteriormen-te, una de las iniciativas posibleses la de utilización de los sedimen-tos estudiados para la formaciónde un sustrato edáfico mejorado(SEM) fácilmente extensible sobrelos suelos pobres resultantes delas explotaciones mineras (foto-grafías de 120 a 223).

Además, otras mejoras a introdu-cir en el sedimento para convertir-lo en SEM podrían ser las siguien-tes:

- Corrección de la granulometríamediante la adición de arena,incluso quizá proveniente de otraactividad industrial como residuono peligroso, descarte o subpro-ducto (escorias, etc.).

- Homogeneización del conteni-do en materia orgánica (variable almenos entre 1,2% y 9%) median-te mezcla de diferentes partidasde sedimento.

- Control de la deshidrataciónreduciendo el contenido en hume-dad a los estándares habitualespara un fácil manejo y un correctorendimiento como SEM bajo la tie-rra vegetal.

- Control analítico periódico delos lixiviados generados natural-mente in situ.

- Seguimiento de la evoluciónbacteriológica comprobando ladesaparición de los componentesfecales con la maduración actualdel sedimento acopiado y cubier-to, y la posterior oxigenación yremoción previa a su extendido.

- Si fuese necesario, estudioscomplementarios sobre el com-portamiento bacteriológico amedio y largo plazo.

Este SEM podría actuar comonexo edafológico entre el sueloactual arcillo-arenoso con abun-dantes gravas y saturado dehumedad (ver fotografías 1 a 3) yla tierra vegetal seleccionada quese extendería como topsoil parala revegetación.

En la actualidad se están identi-ficando las zonas donde seríanecesario extender el SEM conmayor o menor espesor según lascaracterísticas hidrológicas e

240


hidrogeológicas de cada zona, tipode sustrato actual, riesgo erosivo,etc. Igualmente, se tendrá encuenta la adecuación paisajísticade cada zona y la idoneidad o nodel SEM para ser extendido en losalrededores de áreas protegidascomo el dominio público hidráuli-co en general y las charcas inven-tariadas en el Plan Territorial Sec-torial de Zonas Húmedas de laCAPV en particular.

241


Sludge management in theWWTP


The problem of sludgemanagementJoan MataDepartment of Chemical Enginee-ring. University of [email protected]

The amount of sludge producedin Europe, in Spain and in Catalo-nia has increased progressively inrecent years. A large proportion ofthis increase has occurred with theimplementation of the Directive91/271/EEC, which makes the tre-atment of wastewater obligatory.The treatment process of waste-water produces a large amount ofsludge. Depending on the type ofreactor and the operating condi-tions, more than half of the chemi-cal oxygen demand (COD) in suchwater is transferred to the sludgeand, until an appropriate destina-tion is found for the managementof this sludge, the treatment pro-cess in a wastewater treatmentplant (WWTP) should not be con-sidered complete. In this regard, itshould be remembered that amodern wastewater treatmentplant generates approximately30 kg of dry sludge per person peryear. Consequently, over 8 milliontonnes are currently generatedeach year in Europe (and over 30million throughout the world), whi-le in Spain and Catalonia, this figu-re is over 1.5 and 0.15 million t/y,respectively. Moreover, it shouldbe added that this figure hasalmost doubled since 1998 inSpain, due mainly to the largenumber of installations that havebecome operational in recentyears.

According to the established hie-rarchy for the management of anywaste, the first priority is to minimi-se its generation. In the case ofsludge, the options for attainingthis objective are quite complica-ted and in the short term the quan-tity of sludge produced is notexpected to decrease. For exam-ple, one option for minimisation isthe use of anaerobic technologyapplied directly to wastewater, a

process that is currently used incountries in tropical and subtropi-cal areas, but which could also beused in countries in the Mediterra-nean area (Mata, 2005). Naturally,options of this type, which involvea switch to a technology that is lit-tle known in this area, are difficultto implement and are only viable innew installations or in situationswhere old installations are renova-ted. However, there are otheroptions that allow a certain reduc-tion in sludge generated in aWWTP, for example the applica-tion of good practices in the treat-ment plant. In addition to the pos-sibilities for reduction, there arenumerous options for managingthe large quantities of sludge pro-duced. These options can be clas-sified into three main groups:

a) Application in agriculture, follo-wing various treatments, from themost basic, which would be dehy-dration (a treatment that is dee-med insufficient by much legisla-tions), to the most complete, whichconsist of anaerobic digestion andcomposting. If long distances areinvolved and composting is notcarried out, the sequence wouldbe anaerobic digestion (optional)followed by dehydration and ther-mal drying.

b) Thermal recovery followingdrying, which consists of variousoptions outlined below and invarious articles in this issue of thejournal, ranging from combustionin purpose-built incinerators (exclu-sively for sludge) to thermal use incement manufacturing.

c) Disposal in controlled landfillsites after various processes, fromthe most basic, which would bedehydration, to the most comple-te, which would be compostingfollowing thermal biodrying. As thesection on the legal framework inthis edition discusses in detail (seearticle by Ruiz de Apodaca), theoption of disposal in landfill sites issubject to increasingly severe res-trictions in current legislation.

Table 1 (see page 12) shows asimplified outline of these possibi-

lities and additionally provides thefigures for Catalonia, Spain andEurope of the average percenta-ges, broadly speaking, of the threemost important destinations.

As we can see from the table,the National Plan on Sewage Slud-ge from Wastewater TreatmentPlants (PNLD), published in 2001(PNLD, 2001), has attained certainaspects of its objectives for 2007,except in the section on energyrecovery in Spain. This is duemainly to the lack of infrastructurefor this purpose. The figures forCatalonia are dealt with in this edi-tion of the journal, in the article bythe person responsible for sludgemanagement within the CatalanWater Agency.

Figure 1 (see page 3) shows thedifferent applications mentioned.As can be seen in the figure, ther-mal drying is an procedure that isused as an intermediate step inthe most-used options; applica-tion in agriculture, thermal heatrecovery and disposal in landfillsites. This is because the distancefrom the point of sludge generationto the point of application makes itviable. In addition, the disposal ofliquid sludge in landfill sites isstrictly limited while, for heat reco-very, a minimum amount of around33% of dry material is required(Furness et al., 2000). Due to thecogeneration decree, updatedrecently (RD 436/2004), in Spainthe option of drying has been usedextensively and has becomeattractive from an economic pointof view.

The biodrying or grey compos-ting of wastewater treatment slud-ge is a little-used technique inwhich the heat released by theaerobic biological reactions thatresult from the fermenting stage ofthe composting, producing tem-peratures in the thermophilic inter-val (even above 70°C), are used forthe drying process. This is a para-llel process to the biodrying carriedout in certain municipal solid was-te (MSW) treatment plants: the resi-dual fraction of the MSW (that is,

245


the fraction resulting from the sepa-ration at source of the organicmaterial) is dried biologically as astep prior to its use for heat reco-very, for example in the form of therecommended daily amount (RDA)(Sugni et al., 2005). In biodrying,which is discussed in more depthlater (see the article by Saña), theorganic material is not stabilised assuch, as the process is held backby the high temperatures and thelack of moisture. It should beadded that the biodrying of sludgescan also be carried out in combina-tion with the residual fraction of theMSW (or other unusable waste) inorder to obtain secondary fuels. Inthis case, we can talk about greyco-composting.

The options for energyrecoveryEnergy recovery can be achievedusing several methods, all of whichare preceded by a thermal dryingstage (see the article by Cazurra,which provides a detailed descrip-tion of this operation). Basically,the most commonly used proces-ses are:

- Incineration in installations dedi-cated exclusively to sludge.

- Coincineration in MSW heatrecovery installations.

- Coincineration in cement facto-ries.

The use of sludge as a secondaryfuel in plants for producing electri-cal energy has a disadvantage thatis directly related to the low calori-fic value of the sludge, which redu-ces the plant’s output. This disad-vantage also occurs in MSWincineration plants, but the objec-tives are not the same as those ofpower stations. Despite this, it isan option that, for example in Ger-many, is widely used: with a pro-duction level of dry sludge of over2.4 million tonnes per year, Ger-many recovers over half of thisamount for heat, as shown in table2 (see page 14). As we can seefrom the table, the largest propor-tion is destined to thermo-electri-cal power stations.

In addition to the options alreadymentioned, there are other optionsfor heat recovery that are justemerging or that have been littledeveloped, such as gasification,which is discussed at length in aseparate article in this journal.

Incineration in installationsintended exclusively for sludgeIncineration in installations inten-ded exclusively for wastewater tre-atment sludge is a rapid and sys-tematic process of elimination thatcontributes to energy production(despite the low calorific value ofthe sludge) and therefore contri-butes to the objective of CO2 emis-sion reduction. In addition, it alsoconsiderably reduces the originalvolume (by up to 10%) and des-troys the toxic organic compoundspresent in the sludge. It should beremembered that the chemicalcomposition of digested dry was-tewater treatment sludge (67% C,5% H, 25% O and 0.8% S) is simi-lar to that of brown carbon, but itsnet calorific value is lower: from 8to 12 MJ/kg as opposed to 21 forcarbon (Stasta et al., 2006). Thus,so that there is no need to addexternal fuel, the dry material ofthe sludge must be greater than33% (Furness et al., 2000). To illus-trate this, figure 2 (see page 15)shows the variations in net calori-fic value (NCV) with the water con-tent of the sludge.

Recovery in the ceramicindustryIn addition to those already men-tioned, there are other trends inrecovery, such as the use of slud-ge in the production of bricks.During the firing process of thebricks, the organic compounds aredestroyed and pores are created intheir place. This gives the bricksgood heat insulation properties.On the other hand, the inorganiccompounds, including all themetals, are immobilised within theceramic matrix and behave as inertcompounds.

Other types of recoveryLaboratory studies have also beencarried out of conversion into acti-vated carbon, using microwavesand sulphuric acid, to use the was-te as an absorber in the plant itself.Results have been satisfactory incomparison with commercial acti-vated carbons (Serra, 2004). Thisoption, which today is difficult tomake economically viable, couldbecome an alternative to take intoconsideration, depending on thecosts associated with the otheroptions. In this regard, the follo-wing section discusses the case ofwet oxidation as an example of atreatment that was initially disre-garded due to its cost and that iscurrently being reconsidered.

Some trends in EuropeThe energy recovery of sludge isan option that is gaining popularityin certain countries in Europe. Thedemand for agricultural productsof an organic nature with certifiedorigins (traceability) is increasing,and the pressure on the use of bio-logical products as fertilisers is gro-wing every day. This means thatthere is a trend in legislative terms,particularly in the countries of Cen-tral Europe, to divert processes ofrecovery through agriculturetowards energy recovery as thesole alternative to disposal in land-fill sites, which has practicallydisappeared in those countries.The case of Switzerland is oneexample of this, where the agricul-tural use of sludge has been prohi-bited by law. The evolution of thesituation in recent years is shownin table 3 (see page 16), where theagricultural option can be seen tohave fallen drastically, in the sameway as the option of disposal inlandfill sites.

A similar trend can be seen inAustria where, according to datafor 2005, over 260,000 t DM areproduced per year. As table 3shows, the agricultural option hasdecreased to 12%, while the ten-dency to use heat recovery isincreasing. Given the situation and

246


the market trends in these coun-tries, technologies have beendeveloped for the recovery ofphosphorous from the ashes. Thiscomponent can represent up to20% of the weight of the ashesand the recovery of nutrients canultimately lead, in addition to envi-ronmental benefits, to economicbenefits. (Hermann, 2006).

Another case which fits into thistrend is the autonomous provinceof Trento, in the north of Italy. Figu-re 3 (see page 16) shows the evo-lution over the last 20 years of theoptions for the management ofsludge produced in this region.The table shows that agriculturaluses were stable at around 20%and recently have begun to decli-ne due to current Italian legislation.On the other hand, there has beena switch from the 100% use of dis-posal in landfill sites to the current0%, while at the same time, theheat recovery option has increa-sed. (Nardelli, 2006). As a result,treatment costs have increasedhugely and are over 600 euros perdry tonne (some 200 euros fortransportation and 400 euros fortreatment) at the time of publica-tion. This means that options thatwere originally dismissed are beingreconsidered, including wet oxida-tion, which could become compe-titive. A pilot plant is under cons-truction for the detailed study ofthis treatment (see figure 4 in page17, which shows what the processwould entail).

It should however be remembe-red that application to the soil inzones where desertification is incre-asing ought to be considered apriority. In this respect, future Euro-pean legislation must take thesecases into account and, if neces-sary, make the required distinctionsto adapt more closely to the geo-graphical and environmental realityof the different countries. The reco-very of carbon and nutrients by thesoil is no small matter and is, more-over, far more economical than thealternatives. Care should be taken,however, to ensure that the sludge

is of appropriate quality and toreduce to a minimum the sludgeoriginating from WWTP that treatwater of an industrial nature. Asdiscussed in the article on anaero-bic digestion, this treatment cancontribute to the elimination ofunsuitable substances, complyingwith legal requirements. On theother hand, problems resultingfrom the content of sludge fromsubstances of pharmaceutical orcosmetic products, known generi-cally as PPCP (pharmaceutical andpersonal care products), should notbe over-dramatised, as these haveno proven adverse effects onhumans (Carballa, 2004). It shouldalso be remembered that theseproducts, which are generally of ahydrophobic and lipophile nature,and are absorbed in sludge, arebiotransformed during anaerobicprocesses, as discussed in greaterdetail in this edition of the journal,in the article on anaerobic diges-tion.

The European Union must there-fore take into account the situa-tion of the countries in southernEurope, where problems concer-ning the soil are a real concern,while in the northern countries,with clay soil, they have no pro-blems and prefer organic soilimprovers and fertilisers withknown and certified origins. In thisrespect, it remains to be seen whatthe next European directive willbring. In fact, the previous directi-ve (86/278/EEC) favoured the agri-cultural use of WWTP sludge andregulated its application to minimi-se the associated risks. A newdirective has been pending forsome years which will replace theformer directive. During this time,draft directives have been circula-ted, the best-known of these in2000, which placed far greater res-trictions on the application of slud-ge to agricultural land and whichwas finally retracted. It now seemsthat finally, in 2007, this new direc-tive will be published which willdefine and specify the conditionsfor this use of sludge.

In conclusionIt should be noted, lastly, that thecorrect management of wastewa-ter treatment plant sludge is acomplex problem for which there isno ideal universal solution and thatthe choice between heat recoveryor agricultural use will depend onvarious factors. Ultimately, the indi-rect and long-term effects thatcould affect the quality of the soilmust be taken into account, asshould the fact that energy reco-very reduces interest in the pro-duction of quality sludge, that is,sludge without pollutants such asheavy metals or organic micropo-llutants, since the requirements - interms of the input product - aremuch lower for the heat recoverysolution. In consequence, theopportunity to recycle significantamounts of carbon and nutrientsby applying them to the soil maybe lost and there is also an indirectnegative influence on the quality ofthe output water from the waste-water treatment plant.

It is therefore clear that an inte-grated approach to the problem isrequired, taking into considerationall of the environmental conse-quences of every step in the treat-ment for each use of the sludge.The choice of a specific option forsludge management affects thetype of treatment that is applied tothe sludge. For example, if thesequence of treatments is anaero-bic digestion, dehydration, trans-portation, then heat recovery in acement factory, the water purifica-tion stage is not justifiable, giventhat the best possible energy reco-very can take place in the cementfactory. In this case, the calorificvalue goes from 17.5 MJ/kg of drymaterial before digestion, to 10.5after digestion (Serra, 2004). Onthe other hand, it is also neces-sary to consider where to locatethe drying process and to considerall of the environmental factorswhen selecting the recovery pro-cess (monocombustion, cementfactories or heat generation plantswithin the WWTP, for example).

247


Unfortunately, not all WWTP haveconsidered these interrelationsbetween the management and thetreatment chosen and efforts arerequired, perhaps even in terms ofadditional regulations, to avoid andcorrect this problem as far as pos-sible.

BibliographyBERG, U.; SCHAUM, C. (2005).«Recovery of phosphorous fromsewage sludges and sludgesashes. Applications in Germanyand Northern Europe». I UlusalAritma Camurlari Symposium ACS2005.CARBALLA, M.; OMIL, F.; LEMA, J. M.;LLOMPART, M.; GARCÍA-JARESB, C.;RODRÍGUEZ, I.; GÓMEZ, M.; TERNES, T.(2004). «Behavior of pharmaceuti-cals, cosmetics and hormones in asewage treatment plant». WaterResearch, 38, p. 2918–2926.FERASIN, P. (2006). Co-combustionin thermal recovery for MSW inSwitzerland and Germany. InEnergy recovery from sewagesludge. Trento: University of Tren-to, 24 November. FURNESS, D. T.; HOGGET, L. A.;JUDD, S. J. (2000). «Thermoche-mical Treatment of Sewage Slud-ge». Journal of the Chartered Ins-titution of Water Environment andManagement, 14, p. 57-65.HERMANN, L. (2006). Sludge com-bustion in dedicated plants: TheAustrian experience. In Energyrecovery from sewage sludge.Trento: University of Trento, 24November.MATA, J. (2005). «Criteris de ladigestió anaeròbia d’aigües resi-duals urbanes. Possibilitats ilímits». II Jornades Tècniques deGestió d’Estacions Depuradoresd’Aigües Residuals. (Sistemes desanejament i medi ambient. Reu-tilització planificada de l’aigua).Barcelona: Agència Catalana del’Aigua, January 2005.NARDELLI, P. (2006). Present situa-tion and strategies in the ProvinciaAutonoma de Trento. In Energy re-covery from sewage sludge. Trento:University of Trento, 24 November.

PNLD (2001). «Plan Nacional deLodos de Depuradora». ButlletíOficial de l’Estat, No. 166 (12 July2001). Resolution passed on 14June 2001. «Reial decret 436/2004, 12 March,del Ministeri d’Economia». ButlletíOficial de l’Estat, No. 75/2004 (27March 2004).SERRA, E. (2004). Adsorbents apartir de fangs biològics excedentsde depuradora mitjançant l’aplica-ció de microones: Estudi d’obten-ció, caracterització i aplicació enfase líquida. University of Girona.Doctoral thesis. ISBN 84-689-0619-0STASTA, P.; BORAN, J.; BEBAR, L.;STEHLIK, P.; ORAL, J. (2006). «Ther-mal processing of sewage slud-ge». Applied Thermal Engineering,26 (13), p. 1420-1426.SUGNI, M.; CALCATERRA, E.; ADANI, F.(2005). «Biostabilization–biodryingof municipal solid waste by inver-ting air-flow». Bioresource Tech-nology, 96 (12), p. 1331-1337.

248


Legal framework in Spainand the European Unionfor the management ofWWTP sludgeÁngel Ruiz de Apodaca EspinosaDepartment of Administrative Law.University of Navarre

This article deals with the legal-regulatory framework of wastewa-ter treatment sludges at EU andState levels. Except with regard toagricultural use, there is no directregulation of sludge; nevertheless,a large number of environmentalregulations affect it indirectly, espe-cially with regard to the regulationof its uses and its proper manage-ment.

Origin of the problemThe effective implementation ofDirective 91/271/EC, concerningurban wastewater treatment byeach and every EU Member State,has notably compounded the pro-blem posed by the proper mana-gement of wastewater treatmentplant (WWTP) sludge. This is dueto the fact that this Directive hasmade it obligatory for practically allthe urban areas in the EU to equipthemselves with collection systemsto recover their urban waste water,and with wastewater treatmentplants to subject it to adequate tre-atment by 2005. Thus we enterinto the well-known problem -solution - new problem dynamic,whereby we have succeeded intreating one of the principal conta-minating sources of water (waste-water discharge) only to generateenormous quantities of a new was-te product, wastewater sludge.

Under the legal concept of was-te, given by the different communitydirectives on waste and the Euro-pean Waste Catalogue (EWC), itcan be categorically asserted thatWWTP sludge constitutes waste.Within the European List Of Was-tes established by Decision2000/532/EC of 3 May (modifiedby Decision 2001/118/EC of 16January 2001), which has beentransposed into our legal system

by Order MAM 304/2002 of 8February, listed within Category 19are «waste from municipal wastetreatment installations, urban was-tewater treatment sludge withheavy-metal contents below tho-se established in Royal Decree1310/1990» (19 08 05), «sludgefrom the biological treatment ofindustrial waste water, which doesnot contain dangerous substan-ces» (19 08 12) and «sludges fromother industrial wastewater treat-ments which do not contain dan-gerous substances» (19 08 14).

Thus, there can be no doubt thatthe legal system and the principlesof waste policy are applicable tosludges from wastewater treat-ment processes. Once it has beenestablished that wastewater treat-ment plant sludge is indeed a was-te, we now need to determinewhich solutions must be found forits exponential growth, and howthe law has started to regulate itspossible uses and destinations.

Both the recent Directive2006/12/EC of 5 April, a «frame-work» for the matter of waste, andthe community Strategy on Wasteestablish a hierarchy for wastemanagement methods. Firstly,everything possible must be doneto apply the principle of preven-tion, i.e. to reduce the generationof sludge, both quantitatively andqualitatively. Clearly, in the matterof WWTP sludge, due to the effec-tive implementation of the afore-mentioned wastewater treatmentregulations, quantitative reductionis not possible; on the contrary,the generation of this type of was-te will increase considerably. Thewaste hierarchy aims to place theprevention and recycling of wasteat the top of the list of manage-ment options. In the case of was-tewater treatment, it is currentlyimpossible to apply an effectivetreatment process without produ-cing sludge. Therefore, the next-best option is reuse. Exploitationon agricultural land would seem tobe the natural option for WWTPsludge, as this would complete the

nutrient cycle. Nevertheless, inmany Member States there is anenduring suspicion regarding theuse on agricultural land of waste ingeneral, and sludge in particular. Inthe case of sludges, this suspicionis not based on scientific tests, rat-her it is nourished by the numerousalerts there have been in the foodindustry sector in recent years.

In accordance with current pro-ject of the National Plan for WaterQuality, Treatment and Purifica-tion (2006-2015), approximately1,300,000 tonnes of WWTP slud-ge are produced per year inSpain.

Thus, risk-free ways of recoveringor eliminating this waste must bechosen. Among the forms of reco-very, Directive 2006/12/EC inclu-des «land treatment resulting inbenefit to agriculture or ecologicalimprovement» (R 10) and «useprincipally as a fuel or other meansto generate energy» (R 1).

The different forms of sludgerecovery, and whose regulationshall be examined below, are asfollows:

a) Its agricultural use or use as asoil improver.

b) Incineration with energy reco-very.

c) Its use as biomass or fuel inenergy generation processes.

Forms of elimination includedumping and incineration withoutenergy recovery.

National Plan for WastewaterTreatment Sludge and itsunfulfilled objectivesThe Council of Ministers, by theAgreement of 1 June 2001, appro-ved the National Plan for Wastewa-ter Treatment Plant Sludge 2001-2006.

With this plan still in force, theaim was to protect the environ-ment, and especially land qualitythrough the proper managementof sludges, as well as to achievethe following ecological objectives:

a) Reduction at source of sludgecontamination.

b) Classification of the sludges

249


generated in Spain, prior to 2003.c) Recovery of at least 80% of

sludges by 2007, as follows:- Recovery for agricultural use of

25% of previously compostedsludges before 2007.

- Recovery for agricultural use of40% of sludges treated anaerobi-cally or subjected to other treat-ments, before 2007.

- Energy exploitation of 15% ofsludges, before 2007.

- Proper environmental manage-ment of 100% of fly ash from theincineration of sludges.

d) Reduction to a maximum of20% of sludges dumped in landfill,before 2007.

e) Establishment of a statisticalsystem and databases on sludgesand their management.

In order to achieve these objec-tives, the prior and subsequentregulatory framework formulatedaround WWTP sludges is asfollows:

Its use in agriculture or as a soilimprover.The one destination for WWTPsludges which up until now hasbeen the object of a specific regu-lation is agricultural use. In princi-ple, this would seem to be one ofthe most suitable options for thisorganic waste - even more so incountries such as Spain, wherethe soils are generally poor in orga-nic material. Nevertheless, certainprecautions must be taken withtheir use, which must always beadhered to, so as to avoid anyharmful effects on the environmentor public health. It is these precau-tions, these necessary safety limitsand the organisation of the controland inspection of compliance withthem, that the corresponding regu-lation lays down. Great emphasisis placed on the fact that the dum-ping of sludges on agricultural landis a practice that must be carriedout with special care to protect theenvironment and health, and musttherefore be subject to extremelyrigorous regulations.

For these reasons, in spite of

being the most attractive option, itis subject to numerous limitationsimposed by the specific regula-tions on sludges for agriculturaluse and by other collateral regula-tions which limit the possibility oftheir use on the land.

The direct regulation of this typeof sludge recovery was carried outby Community authorities throughDirective 86/278/EEC of 12 June,which was transposed into theSpanish legal system by means ofRoyal Decree 1310/1990 of 29October, and further expanded bythe Ministerial Order of 26 October1993. This direct regulation, basedon Community legislation, sets thelimits for the use of WWTP sludgesfor agricultural purposes, on thebasis of two parameters: heavymetals and the pH of sludges andsoils. Its purpose is to regulate theuse of WWTP sludge in agricultu-re, so as to avoid harmful effects tothe soils, vegetation, livestock andhumans. These regulations esta-blish obligatory treatment of allsludges prior to use, the crops,those periods when their use isprohibited, the maximum heavymetal values permitted in soils andsludges on the basis of their pH,sampling and analysis obligations,all with the ultimate aim of establis-hing a sludge registry to giveaccount of the production, cha-racteristics and uses of sludge.

The need to reform the Europe-an Directive on this matter - in thesense of establishing stricter limitsregarding heavy metals, and incre-asing control on their application -has been obvious for many years.For these reasons, and in order toimprove consumer confidence, theCommission is planning to carryout a complete overhaul of theregulations in Directive 86/278/EC,with the aim of guaranteeing highlevels of protection for the environ-ment and public health. Both theCommunication of 8 March 2000on «EU policies and measures toreduce greenhouse gas emissions:towards a European ClimateChange Programme» (ECCP), and

the current European Communityenvironment programme, Environ-ment 2010: Our future, our choice(Sixth Environment Programme)within the strategy of the sustaina-ble use of natural resources andwaste management, envisage therevision of the Directive on WWTPsludges.

The working documents whichthe European Commission hasbeen working with for some years,with the aim of modifying theDirective, envisage, in addition tostricter limits regarding heavymetals, the establishment of maxi-mum limits on organic compoundsand dioxins contained in sludges.

In Spain, the authorities whichare currently responsible for ensu-ring the effective application of theregulations in force regardingWWTP sludges are, logically, theself-governing communities.Nevertheless, very few have esta-blished their own sludge registry(Andalusia, Castile and León,Madrid and the Canary Islands),and only the Self-governing Regionof Madrid, through Decree193/1998, of 23 November, hascarried out a legal implementationof the basic State regulationsstemming from the transpositionof the Community Directive.

The direct regulation of the agri-cultural application of sludges isthe one cited above. Nevertheless,there are other regulations thatdeal indirectly with this form ofsludge recovery, including the follo-wing:

a) Firstly, the regulations for pro-tecting waters from contaminationby nitrates from agricultural sour-ces. This regulation has its origin ina community directive, namelyDirective 91/676/EC of 12 Decem-ber, incorporated into the Spanishlegal system by means of theRoyal Decree 261/1996. ThisDirective obliged Member Statesto pass, within a stipulated timeframe, the Code of Good FarmingPractice and to designate thosezones vulnerable to this type ofcontamination. In Spain, this is the

250


responsibility of the self-governingcommunities, although the delayin its implementation resulted in asentence for non-compliancebeing passed by the Court of Jus-tice of the European Communities(CJEC). Currently, all self-gover-ning communities have passedtheir respective codes of good far-ming practice, and have designa-ted those zones which are vulne-rable. These codes refer to specificlimitations on the application ofWWTP sludges in agriculture,depending on the type of crop,location and time of year.

b) Secondly, the abundant com-munity regulations on fertilisers andsimilar products make no referen-ce whatsoever to WWTP sludges,since they do not refer to organicfertilisers. The aim of this body ofdirectives is to eliminate tradebarriers, by harmonising their con-tent, make-up, packaging andlabelling. Royal Decree 824/2005,concerning fertiliser products,expressly excludes WWTP sludgesfrom its scope. Special attention ispaid therein to certain fertilisers,particularly those using raw mate-rials of an organic origin. Thesemust comply with specific regula-tions, with the purpose of makingthose authorities responsible for theoverseeing and control, and all inte-rested parties in general, aware ofthem, and the obligation is esta-blished of registration with the Fer-tilising Products Register, createdto this end in place of the formerRegistry for Fertilisers and SimilarProducts.

Thus, WWTP sludges are nottotally excluded, since, among theingredients which may form partof certain fertilisers, biodegrada-ble organic wastes are envisaged.They are defined in Appendix IV,and among them these sludgesappear. The maximum proportionis not specified, as it was in thenow repealed Order of 28 May1998, which established a maxi-mum of 35% of sludges in com-post.

The Royal Decree establishes

that those fertilising productsmade up, either wholly or partially,of biodegradable organic wastemust also comply with the require-ments defined in Appendix V,which specifies the maximumvalues for micro-organisms andheavy metals.

c) Thirdly, an additional limitationon the use of sludges as soil impro-vers or fertilisers is their unjustified(to my way of thinking) exclusionfrom the community eco-labellingsystem applicable to soil impro-vers. The ecological criteria for theawarding of eco-labels to soilimprovers and culture substrateswere established by means of theCommission Decision 2006/799/ECof 3 November, the Appendix ofwhich lists the requirements thatmust be fulfilled (limits on heavymetals, nutrient loads, health andsafety requirements). Nevertheless,the same Appendix adds that «pro-ducts must not contain sludgesfrom wastewater treatment plants»,thus establishing an unequivocalexclusion from the award of theeco-label to products containingthese sludges. This exclusion isinexplicable; and even more so asthe Decision itself refers to Directi-ve 86/278/EC with regard to themethods for testing and analysis. Ifthe purpose of this Decision is theconformity of these soil improversto community health, safety andenvironmental requirements, itwould have been more logical toinclude WWTP sludges with cer-tain characteristics.

d) Following on with the limita-tions on the agricultural use ofWWTP sludges, Directive2004/35/EC of 21 April, on liabilitywith regard to the prevention andremedying of environmental dama-ge, which is now awaiting transpo-sition, also refers to the use ofWWTP sludges. More specifically,it is established that it shall beapplicable to environmental dama-ge caused by any of the activitieslisted in Appendix III, which inclu-de «waste management opera-tions, including the collection,

transport, recovery and disposalof waste and hazardous waste». Inthis section on waste, the sameAppendix III envisages that «Mem-ber States may decide that thoseoperations shall not include thespreading of sewage sludge fromurban waste water treatmentplants, treated to an approvedstandard, for agricultural purpo-ses». We shall have to wait for thetransposition of the aforementio-ned Directive to find out whetherthese activities of the agriculturaluse of WWTP sludges fall withinthe scope of the regulation on lia-bility for environmental damage ornot. The Bill of 20 October 2006,drafted by the Ministry of the Envi-ronment, does not currently inclu-de the agricultural use of WWTPsludge within the scope of the futu-re law on liability for environmentaldamage.

e) Lastly, a possible further limita-tion to the use of this type of was-te on the land may come aboutthrough the regulation containedin Articles 27 and 28 of Law10/1998 of 21 April on Waste con-cerning contaminated land. Thisregulation establishes the produ-cers’ obligation, and subsequentlythat of tenants and absenteeowners, to decontaminate theland. The recent Decree 9/2005 of14 January further expands theaforementioned articles of the Lawon Waste, and establishes theparameters or standards and cri-teria by means of which land canbe declared contaminated; it alsogives a list of potentially contami-nating activities, among whichurban wastewater treatment plantsare mentioned. The use of slud-ges could be one of those activitiesdesignated as potentially contami-nating. In the case of sludges witha high heavy metal content therecan be no doubt, in principle, as totheir potential contaminating effect.Nevertheless, we could mentionregulations on contaminated soilsfrom other Member States whichexclude the possibility of conside-ring the use of WWTP sludges as

251


potentially contaminating (Ger-many and Sweden). Clearly, it doesnot seem very logical that the useof sludges in agriculture or on theland should be considered apotentially soil-contaminating acti-vity, providing they are applied wit-hin the permitted limits referred toabove; firstly, as there are alreadyregulations and prior controls inplace which guarantee the use ofsludges on the land with no risksto human health or to the environ-ment; and, secondly, because, if tothe existing reticence to the use ofsludges in agriculture, we add thecontrols that for many years haveclassed it as a potentially contami-nating activity, we would lose thechance to recover this waste agri-culturally or in soil improvers.

In spite of it not being possible toconsider the agricultural use ofWWTP sludges as a potentiallysoil-contaminating activity, it is stillthe cause of a great deal of mis-trust. Thus, the Report by theCommittee of the Regions of 13February 2003, regarding a stra-tegy for soil protection, points outthat the Directive on WWTP slud-ges does not succeed in preven-ting all detrimental effects on thesoil, since control focuses on pre-venting soil contamination and thepropagation of illnesses. The useof sludges, especially along withother agents (e.g. organic andinorganic fertilisers) may result inthe eutrophication of the soil.Currently, the Directive does notcontrol other types of waste usedon arable land (e.g. sludge fromthe paper industry, food waste,lime waste, gypsum or compost)which may give rise to contamina-tion and propagate diseases if notproperly managed.

The incineration of sludges.Energy recovery given apremium by the regulation ofrenewable energiesOne of the traditional destinationsof WWTP sludges is incineration,either for their elimination or as aform of recovery, providing this

results in energy production.According to recent studies,approximately 2.5 million tonnesof WWTP sludge are incineratedannually in the EU, a quantitywhich will no doubt increase in thenear future for familiar reasons: theban on dumping sludges into thesea or inland surface waters; theincrease in their generation as aconsequence of the aforementio-ned Directive 91/271/EC; the limi-tations on their dumping in landfills(as established in Directive99/31/EC and Royal Decree1481/2001 which transposes it tothose which we shall refer tobelow); and the prohibition of theagricultural use of sludges that donot comply with the limitationsestablished by regulations on theuse of sludges on the land. Thepractice of incineration is havingan ever greater impact on organicwaste (urban waste and WWTPsludge), in spite of recent scienti-fic studies and the conclusionsreached at the Bonn and Marra-kesh conferences on climate chan-ge which stress the importance ofcomposting with the aim of retai-ning large quantities of carbon inthe soil.

The regulation of WWTP sludgeincineration lies within the scope ofthe legislation that has been regu-lating the incineration of waste. Allthese are regulations that origina-te from previous community direc-tives, although the Royal Decree38/1975, which developed theLaw 38/1972 on the Protection ofthe Atmospheric Environment,already contained measures con-cerning WWTP sludge.

On a community level, waste inci-neration was regulated by theDirective 2000/76/EC of 4 Decem-ber, which established one singleregulation for the incineration ofhazardous and non-hazardouswaste, including - logically - WWTPsludges in its scope. This Directi-ve establishes a number of strictoperational conditions and techni-cal requirements for waste incine-ration plants. Similarly, it sets emis-

sion limits with the aim of ensuringreductions in the emissions of keycontaminants, such as total sus-pended particles, nitrogen oxides,sulphur dioxide, chlorine derivati-ves and heavy metals. The mostsignificant innovation is the settingof limits on the emission of dioxinsand furans, a measure which wasabsent in previous directives onthe incineration of urban waste.With regard to incineration as aform a recovery, this entails a set ofrequirements in order to distinguishit from incineration as a form of eli-mination. In the Commission vs.Germany case (Ruling of 13February 2003), the EuropeanCourt of Justice established threerequirements to determine whet-her the use of waste as a fuelconstitutes a recovery operationunder Epigraph R1 of Appendix IIBof Directive 75/442. Firstly, theessential purpose of the operationreferred in this regulation must bethe production of energy.Secondly, the energy generated bythe combustion of waste and sub-sequently recovered must be gre-ater than that consumed duringthe combustion process; and partof the energy surplus generatedby this combustion must be usedeffectively, either immediately, inthe form of heat produced throughincineration, or through transfor-mation, in the form of electricity.Thirdly, most of the waste must beconsumed during the operation,and most of the energy generatedmust be recovered and utilised.

The Directive on waste incinera-tion was transposed to our legalsystem by means of Royal Decree653/2003 of 30 May, throughwhich strict conditions are laiddown for the incineration of waste,either as a form of recovery or aform of eliminating waste.

Another of the regulations thatdirectly affects WWTP sludges isthat referring to the special energyproduction scheme, whereby thiswaste is used as fuel for the gene-ration of electricity. More specifi-cally, the Royal Decree 661/2007of

252


25 May, which regulates the acti-vity of electricity production in thespecial scheme, i.e. that producedwith renewable resources or sour-ces of energy, waste and co-gene-ration. Within the scope of thisregulation is the so-called residualbiomass which includes WWTPsludges (used as a principal fuelor not), biogas generated in anae-robic digestion processes andcogeneration in sludge treatmentand reduction installations. Theconsequences of including WWTPsludges in the scope of this RoyalDecree are principally of an econo-mic nature, since for energy produ-ced with them and fed into the grida premium is paid on top of themean price - the so-called pre-mium scheme. In summary, theaim of the Royal Decree 436/2004is to guarantee the viability of ins-tallations producing electricity onthe basis of renewable energies,not only by recognising the possi-bility of selling all electrical energyproduced, but also by establishinga system of incentives through thepayment of premiums with, in prin-ciple, no stipulated time limit. Thus,we have another possible use forWWTP sludges: recovery as fuelfor generating energy and encou-raging this financially. There are stillmatters to be resolved, such as,for example, the time these pre-miums on the generation of elec-tricity are to be paid, and whetherits production costs are sustaina-ble without State subsidies.

Landfill as the final destinationfor sludgesOne of the traditional destinationsfor sludges has been urban wastelandfills, subsequent to dehydra-tion. According to data from theEuropean Commission, this prac-tice is currently declining. This isnot fortuitous; it is the result of therecent Directive 99/31/EC on thelandfill of waste, more commonlyknown as the Landfill Directive,and which was transposed to theSpanish legal system by the RoyalDecree 1481/2001 of 27 Decem-

ber. This regulation limits the dum-ping of sludges in landfill for thereasons listed below:

a) The requirement that all wasteintended for landfill must be trea-ted beforehand.

b) The inadmissibility of liquidwastes; this measure means thatall sludges intended for landfillmust be dehydrated beforehand,via any of the systems habituallyused to this end.

c) The ambitious objectives ofreducing organic material (biode-gradable waste) in waste intendedfor landfill. Clearly, the fact that thisregulation makes it obligatory toreduce the biodegradable organicfraction deposited in landfill by25%, with respect to 1995, by2006 (a percentage that increasesto 50% by 2009, and 65% by2016) will necessarily result in areduction of WWTP sludges sentto landfill.

d) Elimination through landfill isthe final option in the waste mana-gement hierarchy. Before sendingwaste to landfill, it must be verifiedwhether there is another viableoption, such as agricultural use orenergy recovery. In principle, onlythose sludges which cannot bemade use of either agriculturally,or as soil improvers, compost, orbiomass, or used in some otherpositive way, should be sent tolandfill.

Prohibited destinations for slud-ges. Illegal landfillsLastly, a brief reference should bemade to those destinations consi-dered by the legal system to beprohibited for this specific type ofwaste.

Another of the habitual destina-tions for sludges has been theirdischarge into the sea or intoinland surface waters. Neverthe-less, the protection of the marineenvironment and of inland watershas been the objective of nume-rous international treaties andcommunity directives, the mostimportant among the latter beingDirective 2006/11/EC, on pollution

caused by certain dangeroussubstances discharged into theaquatic environment of the Com-munity. With regard to WWTPsludges, the prohibition of their dis-charge was established by Article14 of Directive 91/271/EC, whichset 31 December 1998 as thedeadline for phasing out the dispo-sal of sludge in surface waters bydumping from ships, by dischargefrom pipelines or by other means.Royal Decree-Law 11/1995, whichtransposed the aforementionedDirective, included this prohibitionwithout exception.

Consequently, any disposal ofsludges to surface waters, eithermaritime or inland, is illegal, andsubject to the corresponding sanc-tions. In the case of dumping inwaters in the public domain, thetable of infractions and sanctionsappearing in the Revised Text ofthe Law on Waters is applicable. If,on the contrary, the dumping iscarried out in coastal-maritimewaters the disciplinary procee-dings applicable are those contai-ned in the Law on Coasts and theLaw on Ports and Merchant Ship-ping, depending on whether thedischarge was carried out fromland or at sea.

In all other cases in which thedumping of WWTP sludges iscarried out in environments otherthan maritime or inland surfacewaters, the disciplinary procee-dings contained in the Law onWaste for the illegal disposal ofwaste are applicable.

Finally, going to the most severeoffences, in those cases where theimproper and illegal disposal of thistype of waste places the environ-ment or public health in grave dan-ger, this could constitute one ofthe wide range of infringementsincluded in Article 325 of the Spa-nish Penal Code, concerning envi-ronmental crimes.

SummaryThis is a matter in which the envi-ronmental dynamics of problem-solution-new problem is evident.

253


Arising from the solution of the pro-blem of the contamination ofwaters due to the discharge intothem of contaminating substan-ces is a new environmental pro-blem in the form of waste: waste-water treatment plant sludges. Anew problem for which an envi-ronmentally acceptable solutionmust be found; this is the reasonwhy the different regulations gover-ning the recycling, recovery andelimination of waste make explicitand implicit references to this typeof organic waste. This waste cons-titutes an immediate challenge,which must be dealt with not onlyon a technical level, but also at thelevel of environmental law, by regu-lating those destinations most sui-table for it, without forgetting thatit must be managed without thre-atening the environment andpublic health.

BibliographyALENZA GARCÍA, J. F. El sistema dela gestión de los residuos sólidosurbanos en el derecho español.Madrid: MAP-BOE, 1997.ALVAREZ CARREÑO, S. El régimenjurídico de la depuración de lasaguas residuales urbanas. Madrid:Montecorvo, 2002.EMBID IRUJO, A. «Los serviciospúblicos del agua: su problemáti-ca jurídica con atención especial alabastecimiento y la depuración delas aguas residuales». Revista Ara-gonesa de Administración Públi-ca, No. 9 (December 1996).ESTEVE I CAIRETA, L. L’administracióde sanejament a Catalunya. Gene-ralitat de Catalunya. Departamentde Medi Ambient, 1998.GARRIDO DE LAS HERAS, S. Regula-ción básica de la producción ygestión de residuos. Madrid: Con-femetal, 1998. GÓMEZ PALACIOS, J. M.; RUIZ DE

APODACA, A.; REBOLLO, C.; AZCÁ-RATE, J. «European policy on bio-degradable waste: a managementperspective». Water, Science andTechnology, No. 46 (2002). RUIZ DE APODACA ESPINOSA, A.Derecho ambiental integrado: la

regulación de los lodos de depu-radora y de sus destinos. Madrid:Civitas, 2001.«La regulación de los suelos con-taminados». Revista de GestiónAmbiental, No. 40 (2003).SANTAMARÍA ARINAS, R. J. El régi-men jurídico de los vertederos deresiduos. Madrid: Civitas,1998.SETUAÍN MENDÍA, B. «Apuntes siste-máticos sobre el régimen jurídicode los lodos de depuradora: apor-taciones de la Ley sobre Preven-ción y Control Integrado de la Con-taminación». Revista Aranzadi deDerecho Ambiental, No. 3 (2003).

254


Sludge management inCataloniaMarc Moliner i RafaHead of the Biosolids Unit. Cata-lan Water Agency

Sludge productionThe treatment of urban wastewa-ter is the responsibility of the publicadministration, according to Legis-lative Decree 3/2003, of 4 Novem-ber, passing the reworked text onwater legislation in Catalonia.

Treatment consists of the sepa-ration of the water from the solids,the organic material and, in gene-ral, the pollutant load, which thengo on to form part of the sludgeproduced. The generation of slud-ge is therefore intrinsic to waste-water treatment processes and themanagement of this sludge is the-refore part of the treatment of thewastewater from which it has beengenerated.

The production of sludge is the-refore the result of human activityand its quantity and quality dependdirectly on the wastewater fromwhich it is generated, which is aproduct of the habits of the popu-lation it serves. Estimated sludgeproduction is between 40 and 160 gof dry material (DM) of sludge perperson per day.1

In addition to this, treatment pro-cesses also influence the quantityand the characteristics of the slud-ge.

An important factor to be conside-red in relation to the managementof treated sludge is the high watercontent of the material. Thickeningsystems in wastewater treatmentplants (WWTP) achieve dryness ofthe sludge that is usually under 5%.This means that the water contentof the thickened sludge is over95%. The management of sludge inthese conditions is difficult and thecosts associated with its transpor-tation and its disposal are very high.

To improve the management ofthe sludge, the water content ofthe material is reduced usingmechanical dehydration proces-ses - carried out in the sameWWTP in which the sludge isgenerated or in nearby WWTP. Byusing mechanical dehydration - fil-ters or centrifuges, mainly - a dry-ness of between 20% and 35% isobtained. Once dehydrated, thesludge has a dense consistencyand can be transported in contai-ners or in tipper trucks.

Sludge managementFactors affecting themanagement of sludgeSludge management is subject tovarious conditioning factors whichare constantly changing. Thesefactors are:

- Legal- Technical- Environmental or energy-based- Logistical- Circumstantial- Economic or financial

LegalThere are abundant regulationsconcerning the different ways ofmanaging sludge, in some ofwhich an uncertain evolution (incontent and terms of application)can be observed.

In general terms, it should bepointed out that numerous studiescarried out have concluded thatthe agricultural recovery of treat-ment sludge is the best way ofdealing with the material, wherethis is possible. This route is con-sidered far more suitable thanother destinations that have histo-rically been used for sludge (its dis-posal in landfill sites and dischar-ge into the sea).2

The establishment of agriculturalrecovery as the priority destinationfor treatment sludge is enshrined invarious regulations and directives

at EU level - the Sixth EnvironmentAction Programme of the Europe-an Union, Environment 2010. Thefuture in our hands - and at statelevel - National Plan on SewageSludge from Wastewater Treat-ment Plants (2001-2006) (PNLD),passed by the Council of Ministersin a meeting on 1 June 2001.

The abovementioned criterion isin line with regulations on waste atEuropean, Spanish and Catalanlevel (Law 10/1998, of 21 April, onwaste; Law 15/2003, of 13 June,modifying Law 6/1993, of 15 July,regulating waste), which establishthe following hierarchy for wastemanagement:

- Minimisation- Recovery- Final disposal of the residual

fraction (landfill sites and incinera-tion)

Law 15/2003, of 13 June, modify-ing Law 6/1993, of 15 July, regu-lating waste, lays down a morespecific hierarchy:

a) The prevention and minimisingof waste and its hazardous nature.

b) The reuse of waste.c) The selective collection of was-

te.d) Recycling and other forms of

waste recovery.e) The energy recovery of waste.f) The final disposal of the residual

fraction.g) The regeneration of deteriora-

ted soil and spaces.The agricultural recovery of slud-

ge is included in recycling andother forms of recovery and thistype of management is positionedbefore energy recovery, the inci-neration of the sludge and its finaldisposal in controlled landfill sites.

However, it should be noted thatthe agricultural recovery of sludgeis not possible in every EU country.In fact, several states have speci-fic legislation limiting or impedingthe application of sludge for agri-

255

1. The average generation of sludge in Catalonia in 2005 was 56 g DM/pers./day.

2. Prohibited by Directive 91/271/EEC, transposed into Spanish law in Royal Decree 11/1995.


cultural uses as a form of wastemanagement.

TechnicalTechnical conditions for wastemanagement depend on the sta-te of the technology that exists forthe treatment of sludge and theevolution of the quality and quan-tity of sludge to be processed.

The destination of the sludge ishighly dependent on its quality andthe type of treatment that thematerial undergoes. It should beremembered that the quantity andquality of the sludge dependdirectly on the quantity and qualityof the water treated (and specifi-cally on its pollutant load).

Environmental or energy-basedThese depend on basic environ-mental directives concerning fullgeneration-treatment-eliminationcycles.

CircumstantialThe following circumstances,among others, are significant:

a) Social acceptanceb) Energy costs (electrical energy

and natural gas)c) Controlled landfill costsd) The availability of private

managementSocial acceptance is closely lin-

ked to environmental impact andinconvenient aspects (smell, noise,etc.) of management systems.

At the same time, some sectorsmay reject certain sludge mana-gement solutions. For example, itis well known that there is socialopposition to waste incinerationtechnologies. In fact, in recentyears a general feeling has spreadagainst the setting up of waste tre-atment and disposal installations,which makes it significantly moredifficult to carry out activities rela-ting to waste management ingeneral and sludge managementin particular.

The cost of energy has a majoreffect on sludge management,mainly in relation to those treat-ment systems that involve signifi-

cant energy use (particularly ther-mal drying).

It should be mentioned that the-re is significant availability of priva-te sludge management, whichmeans a reduction in the invest-ments that the Catalan WaterAgency (ACA) has to make andthe obligations associated with theexistence of operating contracts.

The uncertainty of changing cir-cumstances is also significant.

LogisticalThese refer mainly to conditions ofstorage, transport and distributionof sludge at each of the stagesconsidered: generation, treatmentand elimination or final destination.

Economic or financialIt is clear that the economic cost ofsystems that must be put in placeand used is one of the main factorsto be considered when planningsludge management.

These specifically concern theeconomic parameters of eachtechnology - investments, opera-ting and maintenance costs, eco-nomies of scale, etc. - and thecosts associated with the differentelimination options.

Historical strategy of action inCataloniaThe ACA has planned and imple-mented the management of urbanwastewater treatment sludgebased on the current legal frame-work. The management of suchmaterial has been based on thefollowing procedures:

- Reduction in sludge production- in production and water content- and adaptation of the material toits final destinations.

- Application for agricultural pur-poses of sludge that is suitable forthis use.

- Reduction of sludge sent tocontrolled landfill sites.

- The study and acquisition ofexperience of different sludgemanagement systems.

Reduction and adaptation ofsludgeThe reduction in sludge produc-tion involves various differentactions:

- Control of industrial dischargeinto the urban drainage system.

- Reduction and stabilisation ofthe organic material contained insludge by the installation in WWTPof aeration and digestion systems.

- Installation of mechanical dehy-dration systems with the capacityto treat all of the sludge generatedin Catalonia and the continualimprovement of existing systems inorder to reduce the amount ofwater to be managed with thesludge.

- Implementation of post-treat-ment plants for sludge (thermaldrying and composting).

The actions listed also serve thepurpose of adapting the sludge toits final destination, to ensure thatbetter conditions are achieved forsludge management at a reducedcost.

Application for agricultural purpo-sesThe application of treatment slud-ge for agricultural purposes isregulated by the Royal Decree1310/1990, of 29 October, regula-ting the use of wastewater treat-ment sludge in the agricultural sec-tor.

This regulation sets the suitabilitycriteria for sludge that can be usedfor agricultural purposes accordingto the characteristics of the slud-ge itself and of the soil on which itis used. Specifically, the regulationestablishes: 1) the maximum pollu-tant thresholds, specifically ofheavy metals; 2) the treatmentwhich the sludge is required tohave undergone, and 3) the con-ditions for application to specificcrops.

Royal Decree 1310/1990 indica-tes that «the use of sludge for agri-cultural purposes allows it to beincorporated into natural andenergy cycles. A double benefit,agricultural and environmental, is

256


therefore achieved, as a result, onthe one hand, of the elimination ofthe sludge without significantchanges to the ecological balanceand, on the other hand, of theresults of applying the sludge toour soils, which are undergoing arapid and worrying reduction intheir levels of organic material, withthe numerous problems associa-ted with this phenomenon».

In the case of Catalonia, an exce-llent level of acceptance of the useof sludge in productive agriculturecan be seen.

At the same time, the use of slud-ge as fertiliser allows the use ofchemical fertilisers to be avoided,which has significant energy andenvironmental benefits.

Through the study of various realexamples and simulations of thelong-term application of sludge, itcan be shown that when sludgewith medium levels of pollutants(potentially toxic elements andorganic micropollutants) is used atdoses calculated according toagronomic criteria, agronomicarguments against the use of slud-ge (almost always based onexcessive Olsen P levels) emergefar sooner than environmental limi-tations, such as regulations con-cerning the accumulation of PTEand organic pollutants. We cansee therefore that the first - andbest - protective measure for soil isthe use of sludge, based on theprinciples of managing the fertilityof the soil.

For some years now work hasbeen taking place on drawing upnew regulations intended to esta-blish new criteria for the agricultu-ral recovery of wastewater treat-ment sludge within the frameworkof the European Union. The docu-ment Working document on slud-ge, 3rd Draft, ENV.E.3/LM (Brus-sels, 27 April 2000) has beendrawn up as a result of this pro-cess, which, in addition to inclu-ding thresholds for heavy metals,establishes limits for various orga-nic micropollutants and for the pre-sence of pathogen microorga-

nisms. The application of the abo-vementioned regulation with theterms currently established wouldhave a notable effect on thecurrent use of sludge for agricultu-re in Catalonia. However, the draftregulation in question has been atthe discussion phase since theyear 2000 and there is no infor-mation available concerning thedate of its approval or of the modi-fications that will be made to it.

With the aim of processing thematerial to make it suitable forrecovery in agriculture, the ACAhas promoted the implementationof various sludge compostingplants. There are currently five ofthese plants.

Reduction in the amount of sludgesent to controlled landfill sitesThe main objective of sludgemanagement in Catalonia hasbeen to reduce the amount ofsludge sent to controlled landfillsites as far as possible. In order toattain this objective, two lines ofaction have been established:

- Avoiding sending sludge tolandfill sites when it is suitable foruse in agriculture.

- Reducing the volume of sludgethat is not suitable for agriculturaluse by implementing thermal slud-ge drying plants with sufficientcapacity to treat sludge sent tolandfill sites. Thermal drying resultsin the elimination of almost all ofthe water contained in the sludge.This action reduces the volume ofsludge sent to landfill, together withthe cost of managing the sludge.

Study and acquisition of experien-ce of various sludge managementsystemsIn order to gain direct knowledgeof new sludge management sys-tems and therefore to be able todiversify the lines of treatment, inrecent years a number of studies,some accompanied by practicalexperiments, have been carriedout, involving sending sludge tothe following destinations: 1) resto-ration of quarries, 2) incorporation

into the production of constructionmaterials, 3) energy recovery incement factories as a substitutefor the fuel normally used, 4)energy recovery in electricity gene-rating stations, replacing the fuelnormally used, and 5) gasification(see diagram in page 38).

Current situationProduction and destinationsAt present in Catalonia there are330 urban wastewater treatmentplants in use.

In 2005, 539,000 tonnes ofdehydrated sludge were generatedin Catalonia, with an average dry-ness of 26.6%, the equivalent of143,000 t DM/year.

Almost all of the sludge genera-ted by urban WWTP is dehydra-ted.

Once it has been dehydrated, thesludge is sent to the following des-tinations: 1) agriculture, 2) post-treatment plants - thermal dryingand public or external compostingplants and 3) landfill sites.

For sludge to be used in agricul-ture, it must meet the criteria forpollutant concentration establis-hed by current legislation and itmust be treated. In Catalonia,regulations state that sludge trea-ted is required to have undergonea process of digestion (aerobic oranaerobic) in the WWTP or to havebeen composted or dried ther-mally.

Capacity for post-treatmentPost-treatment plants obtain areduction in the mass and volumeof the sludge through the reductionin its water content. In the case ofcomposting, the organic materialsin the sludge are also reduced. Atthe same time, the post-treatmentof sludge sanitises the material.

In composting plants, the biolo-gical, aerobic and thermophilicdecomposition of part of the orga-nic material contained in the slud-ge take place under controlledconditions. These processes redu-ce the mass and volume of thesludge and result in the produc-

257


tion of a product (compost) that isstable and sanitised and is suitablefor application to the soil.

In thermal drying plants, thewater contained in sludge is redu-ced by evaporation, through theapplication of heat. In this way, themass and the volume of the slud-ge are reduced and this allows toobtain a product (dry sludge) whichis stable and sanitised and is sui-table for application to the soil foragricultural purposes, for disposalin controlled landfill sites or for useas fuel. The heat required for thedrying process mentioned abovecan come from furnaces or fromthe combustion gases frommotors generating electricalenergy that are part of the plant(cogeneration).

The following public plants for thetreatment of sludge are in use inCatalonia: five composting plants- Manresa, Vilaseca, Teià, Blanesand Olot - and nine thermal dryingplants - Sabadell, Montornès delVallès, Banyoles, Besòs, Rubí,Mataró, Granollers, El Prat de Llo-bregat and Vic.

Between the public plants andthe private plants, there is enoughcapacity to compost all of the slud-ge that is suitable for agriculturethat has not undergone digestiontreatment in the WWTP.

There is sufficient capacity to usethermal drying for all sludge that isnot suitable for use in agriculture.

There is sufficient useful agricul-tural land in Catalonia to use up thesludge that is suitable for agricul-ture that has been dried, digestedand/or composted. An interestingfact to note is that the N providedby this sludge constitutes under4% of the N contained in the dungproduced by Catalonia’s cattleherds.

Final destinationIn 2005, the amount of sludge

finally managed - after its treat-ment - reached 366,000 tonnes,with average dryness of 36.9%.3

The breakdown of final destina-tions of the sludge (as a percenta-ge of total or fresh material) was asfollows:

74% to agriculture or gardening19% to controlled landfill sites7% for energy recovery in

cement productionAround 22% of the dry material

from the sludge was destined toplaces outside Catalonia (sludgeoriginating from the thermal dryingplants of El Besòs and El Prat deLlobregat) (see charts in page 41).

Planning sludge management inCatalonia

Over the coming years, it is fore-cast that the production of sludgefrom the treatment of urban was-tewater in Catalonia will remainstable at around 150,000 tDM/year.

In June 2001, the ACA drew upthe Programme for the treatmentof sludge from urban wastewatertreatment plants - Sludge Pro-gramme - to plan the managementof sludge in Catalonia.

In recent years, numerous chan-ges have taken place concerningworking conditions in the exploita-tion, management and treatmentof biosolids, and new knowledgehas emerged concerning its beha-viour according to the type of tre-atment.

These variations significantlyaffect the technical aspects of theSludge Programme that wasdrawn up in 2001. As a conse-quence, it has been agreed that arevision of the Sludge Programmeis needed in order to contribute tothe technical, environmental andeconomic optimisation of themanagement of the sludge gene-rated in urban wastewater treat-ment processes in Catalonia.

With this in mind, towards theend of 2005, work began on dra-wing up a new Sludge Program-me.

The definition of the frameworkfor action has an overall adminis-trative and political aspect whichgoes beyond the competencies ofthe ACA. The commitment anddirect involvement of the differentareas of the administration withresponsibilities in this area is there-fore required for the definition ofthis framework.

The work of drawing up the Slud-ge Programme has thus beenundertaken with the participationof the different agents of the auto-nomous administration directlyinvolved in the management ofsludge: the ACA, the WasteAgency of Catalonia, the Directo-rate General for EnvironmentalQuality, the Directorate General forEnvironmental Policy and Sustai-nability of the Ministry of the Envi-ronment and Housing, and theMinistry of Agriculture, Livestockand Fishing.

Taking into account the currentstate and future evolution of thefactors affecting sludge manage-ment and the contributions of therepresentatives of the different are-as of the administration participa-ting in drawing up the Sludge Pro-gramme, a set of criteria has beenestablished that is to serve as abasis for the Programme.

The main objective of sludgemanagement is to provide a frame-work for action that is as stable aspossible and that is capable ofadapting to the evolution of thevarious factors affecting it, withreasonable costs.

It should be borne in mind thatthe actions carried out within theframework of the Sludge Program-me should provide a way of appro-aching possible future scenarioscorrectly. Part of the action resul-

258

3. It should be noted that private composting plants are considered as a final destination. In these plants, the sludge undergoes a

process of stabilisation and reduction in mass, to prepare it for its final use in agriculture or gardening.


ting from this programme, can the-refore be aimed, beyond dealingwith present needs, at ensuring abetter approach to changes in thefactors affecting sludge manage-ment. It should also be remembe-red that the implementation of cer-tain actions can have an oppositeresult to the desired effect. Forexample, based on strictly financialcriteria, putting into operation newthermal sludge drying plants thatare based on the generation ofheat from the combustion of natu-ral gas can result in an unecono-mic exploitation of the plantsdepending on the evolution of theprice of the fuel in question.

Specifically, it seems clear thatthe management of sludge mustbe based on the following premi-ses:

- Minimisation of sludge genera-tion and improvement in its qualityaccording to its final destinations.4

- Maximum diversification in thedestinations of sludge, in order toadapt to the evolution of the fac-tors affecting the management ofthe material.

- Reduction of uncertainty.- Design of a specific solution for

the sludge generated by theWWTP of El Besòs and El Prat deLlobregat.

- Minimisation of the environmen-tal and social impact associatedwith management.

- Minimisation of managementcosts.

- Bringing the management pro-cess to the point of production ofthe sludge wherever possible.

4. Through action on the industrial component of effluent from WWTP and on the treatment processes of the sludge.

259


Municipal managementof sludges in SaragossaAntonio Silva FríasHead of Control Department. Sa-ragossa Wastewater Treatment

BackgroundFor a number of years, within thescope of its responsibilities, theSaragossa City Council has beenundertaking the actions requiredfor the treatment of the city’s urbanwastewaters, in compliance withthat established in the Directive91/271/EEC of the Council, of 21May, concerning urban wastewa-ter treatment, and transposed toSpanish internal Law by means ofthe Royal Decree 11/1995, of 28December, further expanded in theRoyal Decree 509/1996, of 15March.

As a result of the substantialinvestment that has been made, inmany cases without subsidiesfrom either the State or regionalgovernment, we currently havetwo large urban wastewater treat-ment plants (WWTP) in operation -La Almozara and La Cartuja - forthe correct treatment of practicallyall the wastewater produced bymainly domestic or similar activi-ties, in the municipal area of Sara-gossa.

Solutions adopted in thetreatment of sludgesThe methods used in urban was-tewater treatment depend funda-mentally on the limits on the dis-charge of effluents set in Directive91/271/EEC. Consequently, alloperations and treatment proce-ses for sludges are conditioned,to a great degree, by the treat-ments employed in the water line,and generally respond to typicalclassifications, in which there maybe slight variations depending onthe final destination for which thesludges are intended.

Sludges from the treatment ofurban wastewater, EWC code190805, are made up of water,inert mineral material and combus-tible material (of which one frac-

tion is volatile material, and theother is fixed carbon).

Sludges originating from primaryand secondary urban wastewatertreatment have a high content ofputrescible organic matter, whichmust be stabilised, as well as lar-ge quantities of water, which mustbe reduced or eliminated throughthickening by flotation or gravity,and these individual operationscan be considered as preparatorystages for the ensuing processesused in sludge treatment.

Processes used in thestabilisation of sludgesThe organic material contained inthe sludge can be stabilised bymeans of a number of treatmentsystems, such as: anaerobic oraerobic digestions, chemical stabi-lisation, composting (in its differentforms), thermal treatments (dryingor incineration), etc. All these tre-atments make it possible to obtaina more stable sludge, with a grea-ter degree of hygienisation, andgenerally with a lower content ofhumidity and/or biodegradablematerial, or an inert mineral residuein the case of incineration. In alltreatments, sludges are thickenedbeforehand by flotation or gravitywith the aim of extracting part ofthe water that they contain, whichoptimises and facilitates any sub-sequent treatment.

In the La Almozara WWTP, ana-erobic digestion is used to stabili-se the organic material in the slud-ges (see figure 1 in page 46). Thisreduces it by around 45%, trea-ting the most biodegradable frac-tion, and thus the most likely togive rise to problems of badodours, and/or insalubrity in thecase of not being eliminated. Thistreatment is preceded by gravitythickening until a water content ofapproximately 5% is obtained.

The process of stabilising theorganic material through anaerobicdigestion is carried out in largetanks, called digesters, in whichcertain populations of micro-orga-nisms are cultivated with the aim of

transforming part of the organicmaterial contained in the sludges,giving rise to a series of stable pro-ducts, among which the mostimportant are methane and car-bon dioxide. The fundamental aimof this process is to eliminate themost easily putrescible fraction ofthe organic material, which wouldotherwise give rise to health pro-blems in the landfill or whereverthe sludge is to be used. On theother hand, the high percentageof methane in the biogas which isobtained as a by-product of thedigestion means that it can beused in energy recovery (see figu-re 2 in page 47).

In accordance with the systemproposed by Parkin and Owen, theprocess of anaerobic digestion canbe broken down into three basicstages: 1) hydrolysis, liquefaction,and fermentation; 2) the formationof hydrogen and acetic acid; and3) the fermentation of methane;stages which are carried out byfive main bacterial groups, eachone with a metabolism dependenton the other groups involved in theprocess (see figure 3 in page 47).

In order for the process to becarried out satisfactorily, a numberof conditions must be compliedwith, among which the principalones are as follows: sufficientnutrients, absence of inhibitingtoxins, and suitable environmentalconditions (ph approximately neu-tral, suitable temperature, suffi-ciently high retention time, etc.).

Currently, high load digestion isused almost exclusively; this ischaracterised by maintaining thesludges inside the digester at atemperature in the region of 35 °C,while ensuring that it is well mixedin order to obtain homogeneity inits content. Under these condi-tions, and with retention times ofbetween 15 and 20 days, it is pos-sible to eliminate between 40 and50% of the organic material, whichis sufficient for the purposes aimedfor.

As a consequence of this pro-cess, a certain quantity of biogas

260


is produced (0.75-1m3 per kilo-gram of volatile material destro-yed), and its average compositionis as follows:

Methane 55-75%Carbon dioxide 25-45%Nitrogen 2-6%Hidrogen 0,1-2%Water 0,1-1%Hidrogen sulphide 0,1-2%There are also traces of other

components, such as ammonia,heavy metals, hydrocarbons, etc.

The high methane content of thebiogas gives it a calorific power of4,500-6,000 kcal/m3 which can beused, firstly, in heating the slud-ges, making it possible to main-tain the interior of the digester at atemperature close to 35 °C. Theidea of using the digesting gas toproduce electrical energy arosewhen it was found that only betwe-en 30 and 60% of its calorificpower is required to heat up thesludges, and that there is a signi-ficant surplus of energy in the bio-gas. The principal factors thatinfluence the sludges’ heat requi-rements are the concentration atwhich they are fed into the diges-ter, and the level of thermal insula-tion of the digester and the net-work of piping. Clearly, heatrequirements will also vary greatlydepending the time of year due totemperature differences betweenthe inside of the digester, the freshsludge and the environmental tem-perature.

When the stabilisation treatmentto which the sludge is subjected isincineration (this may be conside-red as a system for the radical sta-bilisation of the organic material),the sludge should have the lowesthumidity and the highest volatilematerial levels possible. In order toobtain the aforementioned level ofdryness, mechanical dehydrationis used, using vacuum, centrifugalforce or a combination of gravity,pressure and displacement.

Urban wastewater sludges,especially biological ones, are cha-racterised by an especially strongbond between the water and the

solid material. For these reasons,the level of dehydration that can beobtained via mechanical methodsis fairly modest (between 20 and40% dryness). Nevertheless, ifspinners are used, as in the caseof the La Cartuja WWTP, the dry-ness normally obtained (27%) maybe sufficient to achieve the self-combustion of the sludges in flui-dised sand bed kilns; in othercases, this may not be sufficientand the thermal drying of a smallportion of the sludges (10-15%)may be required to improve dry-ness of the overall mix (see figure4 in page 49).

In order to reduce the volume ofsludges as far as possible, twothermal treatment methods areavailable: thermal drying and theincineration of sludges. Both met-hods drastically reduce the volumeof sludge or residue to be trans-ported and discharged.

The increasing problems con-cerning the availability of land-fills, the greater restrictions appliedto the use of sludges in agricultu-re, the marked increase in the pro-duction of sludges due to theextension of urban wastewater tre-atment in line with Directive 271/91(see National Plan for WastewaterTreatment Sludge 2001-2006), thesignificant and continuous increa-se in transport and dischargecosts, the need to reduce thehumidity and organic content ofmaterials to be accepted in land-fills, and the general managementof sludges all mean that, after thedifferent processes of the mecha-nical dehydration, incineration withenergy recovery is becoming anever more attractive and neces-sary end solution for sludges.

Incineration systems are desig-ned to destroy only the organiccomponents of the sludges;nevertheless, this is not the onlycomponent, since they will con-tain inert, non-combustible mineralmaterials as well as the combusti-ble organic components. Throughthe destruction of the organic frac-tion and its conversion into carbon

dioxide and water vapour, incine-ration reduces the volume of thewaste to the non-combustibleinorganic components, makes itsmanagement easier, and reducesthe risk to the environment, sincethe organic fraction includes hazar-dous components. Nevertheless, itis desirable to eliminate or reducethem at origin, separating the hou-sehold and compatible industrialwaters from other types of indus-trial discharges that are difficult totreat for reuse, or which requirespecial treatment plants for theirproper treatment, by means of amore rigorous control of dumpingpermits for municipal sewage net-works.

The operation of incineratingsludges, considered as a radicalsystem of stabilisation, has a num-ber of significant drawbacks thatcan be eliminated or reduced totolerable levels, providing this iscarried out in line with the existingregulatory framework, but it alsohas a number of advantages,including the following:

- It completely eliminates waterand volatile compounds, and redu-ces the volume of humid sludgeby approximately 95%.

-It destroys and reduces toacceptable limits the hazardousorganic compounds found in slud-ges which may give rise to environ-mental problems.

- It is totally guaranteed to elimi-nate pathogens.

- It permits the recovery of energyfor other uses (see figure 5 in page50).

In any case, energy recoveryfrom the incineration of sludgesobtained in the treatment of urbanwastewaters responds to the Di-rective 91/156/EEC, know as the«Outline Directive» for waste, whichestablishes the Member States’obligation to promote the develop-ment of clean technologies, therecovery of waste by means of reu-se and recycling, as well as theuse of waste as a source of energy.

261


Energy recovery systemsThe proper operation of energyrecovery systems is an indicationof the satisfactory operation of thewastewater treatment plant. This isbecause energy recovery is situa-ted at the end of a chain, and ade-quate results must be achieved inthe previous links (extraction oforganic material in the water lineand the destruction of this organicmaterial in the anaerobic digestionand/or complete combustion ofthe sludge) in order to be able toproduce a fuel to power the motor-generator unit (biogas) or steamfor the turbine in order to genera-te heat and electrical energy.

The energy recovery system inthe La Almozara WWTP comprisesthe following basic elements:

- A primary energy source (bio-gas).

- A motor component (recipro-cating motor).

- A system for recovering mecha-nical energy (alternator).

- A system for recovering heatenergy (heat exchanger units).

The biogas produced in the sta-bilisation process (anaerobicdigestion) of the sludges extrac-ted from urban wastewater treat-ment can be used in the motor-generator unit, in the boilers forheating the sludges and/or burnt inthe gas flare. Under normal opera-tion, the biogas is the primaryenergy source of the reciprocatingmotor, which is used to turn analternator for the production ofelectrical energy. This electricalenergy is consumed entirely in theplant, and when the motor-gene-rator unit is not operational due tomaintenance or breakdowns, thebiogas is used to produce heatenergy by means of a system ofboilers and heat exchangers whichheat the sludges in the digestionprocess. The same heat exchan-gers are also used to recover calo-rific energy in the cooling of the oiland exhaust gases from the motorgenerator unit under normal ope-ration.

The energy recovery system has

been in continuous operation sin-ce the wastewater treatment plantwas opened in 1989. During thisperiod, a total of 18,766,262 kWhhave been produced, which repre-sents 51.78% of the total electricalenergy consumed over this period.

Some data of interest correspon-ding to 2006 is given below:Digested and dehydrated sludge

5.826,75 tonnesMoisture in dehydrates sludge

> 75%Percentage of agricultural use

100%Biogas used in generation

763.718 m3

Methane richness 65%Electrical energy produced

1.787.100 kWhEnergy purchased from Endesa

573.330 kWhTotal energy consumed by theWWTP 2.360.430 kWhPercentage generated 75,71%

In the La Cartuja WWTP a con-ventional steam cycle is used toproduce electrical energy throughthe following process:

Water vaporisation, carried out inthe steam boiler, which is, basi-cally, a system with pressurisedwater, which absorbs heat until itpasses to the vapour phase.Generally, the steam is superhea-ted and passes through the circuitof one of more superheaters situa-ted in the trajectory of the combus-tion gases.

From the boiler, the steam - at ahigh pressure and high temperatu-re - is piped to the steam turbine,where it expands and producesmechanical energy. Steam can beextracted from the turbine and fedonce again into the boiler, where itis reheated to be fed into the latersections of the turbine. There areother extractions in the turbine lea-ding to feed water preheaters.

It is an established fact that thethermal output of the Rankinecycle increases in proportion to thedecrease in the turbine’s outputpressure; thus the steam travelsthrough a condenser, which is acooling device where the steam

condenses at high pressure. Con-densation is carried out by introdu-cing pressurised cold water intothe condenser, which is circulatedthrough refrigeration coils.

On leaving the condenser thecondensation water is normallypiped to refrigeration towers, whe-re it is cooled down before beingre-circulated to the condenser. Thewater arising from the condensa-tion is piped to the boiler via thefeed pumps, having gone firstthrough a degasifier.

In order to increase thermal out-put, the feed water should be pre-heated before entering the boiler,thus it is passed through one ormore pre-heaters, which are hea-ted by the extraction of steam fromthe turbine to be found in the inte-rior of the high pressure vapouraccumulator.

The combustion gases that exitthe kiln and which are subsequentlytreated in electrostatic filters and ina wet washing tower, are first pas-sed through an air preheater, whichis a gas-air heat exchanger, wherethe fluidisation air is preheated, andthen through a gas-water heatexchanger, called a recovery boiler,to produce steam. This watervapour undergoes a number ofmodifications throughout the cycle,returning each time to its originalstate.

The installation is currently in atest period (phase prior to beco-ming operational). The electricaloutput of the turbine installed is633 kW, chosen on the basis ofthe steam production available(1.2 kg/sec), data which have beenobtained over the years the incine-ration kilns have been in operation.The estimated operational timeranges between a minimum of6,500 and a maximum of 8,760hours.

The forecast for the electricalenergy to be generated annuallyfor 7,560 hours of operation is4,785 MWh, which represents17% of the energy currently con-sumed by the wastewater treat-ment plant.

262


Final destination of thesludges for the SaragossaWWTPThere are three final destinationsfor the wastewater treatment plantsludge: use on the land as a ferti-liser and the recycling of thenutrients and the organic matter;energy recovery, in all its forms,including biomethanisation; anddumping in landfill. They are orde-red according to the hierarchyestablished by Article 1.1 of Law10/19898, concerning waste, andwhenever possible, must be adhe-red to when deciding on the finaldestination of sludges, which maybe qualified on the basis of thetechnological and economic factorof each case for its proper mana-gement. Dumping in landfill is thefinal option, and the least satisfac-tory.

In the case of Saragossa, the finaldestinations adopted for sludgeshave been the following:

a) For those sludges originatingfrom the La Almozara WWTP, useon the land as fertiliser and soilimprovers in fields close to the city(a significant part of the sludge ispreviously converted into biogas,for use in energy recovery to pro-duce electricity) under the termsestablished in the Directive86/278/EEC of 12 June, on theprotection of the environment, andin particular of the soil, whensewage sludge is used in agricul-ture, transposed to the SpanishInternal Law by the Royal Decree1310/1990 and developed by theMinisterial Order of 26 October1993 concerning the use of waste-water treatment plant sludges inthe agricultural sector.

b) For those sludges obtained inthe La Cartuja WWTP, energyrecovery by means of their incine-ration in fluidised sand bed kilns,the recovery of heat from thefumes to heat the fluidisation air,drying of part of the sludge toensure self-combustibility and pro-duce electricity on the basis of theinstallation of a steam turbine. This

is all within the regulatory frame-work established by the Law10/1998 of 21 April, on waste, andthe Order MAM/304/2002 of 8February, specifying recovery ope-rations and the elimination of was-te and publishing the EuropeanWaste Catalogue, and the RoyalDecree 653/2003 of 30 May, onwaste incineration, transposedfrom the Community Directive2000/76/EC.

BibliographyAdvisory Directive 91/271/EEC, 21May, on the treatment of urbanwastewater.Directive 86/278/EEC, 12 June, onthe protection of the environmentand, specifically, of the soil in theagricultural use of WWTP sludges.Community Directive 2000/76/EECon the incineration of waste.ENTRALGO LAYUNTA, José Ramón.Apuntes del Master en Ingenieríadel Medio Ambiente C. P. S. Uni-versity of Saragossa.Order MAM/304/2002, 8 February,specifying recovery operations andthe elimination of waste andpublishing the European WasteCatalogue.Royal Decree 653/2003 of 30 May,on waste incineration, establishingthe obligation to recover the maxi-mum possible heat generated inthe process.,ROMERO ROJAS, Jairo Alberto. Tra-tamiento de aguas residuales porlagunas de estabilización. 3rd ed.Alfaomega.SILVA FRÍAS, Antonio (2001). XIXCurso sobre tratamiento de aguasresiduales y explotación de esta-ciones depuradoras. Volume II.CEDEX.

263


Using dry sludge assecondary fuelMaria ComellasDirector General for EnvironmentalQuality. Ministry of the Environmentand Housing. Government ofCatalonia

IntroductionThe society in which we live hasabused fossil fuels as a source ofenergy both for household andindustrial use and has structureditself in a scattered pattern, dis-tancing workplaces, study centresand leisure facilities from homes,which has obliged people to beincreasingly mobile. This fact, inde-pendently of reflections that canbe made in the social and econo-mic sphere, etc. has led to anunsustainable increase in the emis-sion of pollutants into the air webreathe. This has an impact on airquality at local level, on the presen-ce of particles and nitrous oxides,etc. and has an effect on a globalscale in the form of climate chan-ge.

The use of fuel alternatives topetroleum coke in cement facto-ries is part of the Catalan strategyto combat climate change.

Spain is a signatory of the KyotoProtocol and therefore took on acommitment to produce policiesto reduce atmospheric emissionsof greenhouse gases. In line withEuropean directives, there was afirst phase of action that focusedon specific industrial and energyproducing activities and now thesecond phase is getting underway. Its objective is to reduceemissions associated with diffusesources, such as transport andagriculture.

In the spheres of industrial andenergy producing activities, Euro-pean directives have regulated gre-enhouse gas emission trading,which is applicable to sectors suchas energy production, the ceramicsector, the production of glass andpaper and cement manufacturing.The State assigns a specific num-ber of emission rights to each indi-

vidual sector per year, which isrevised by the European Union inorder to avoid imbalances betwe-en the different Member States. Atthe end of the year, establishmentscarry out an analysis of the realemissions that they have produ-ced (in accordance with the met-hodology established by a Europe-an Union decision) and theemissions granted by the Spanishgovernment. This balance is veri-fied by an entity that is accreditedby the Administration and is valida-ted by the autonomous communi-ties. If a specific establishment hassurplus emissions rights, it can sellthese on the European market. If,on the other hand, it is short ofrights, it must buy these on thecommon market. The aim of thissystem is to provide an economicincentive to industrial sectors toadopt the best technologies toallow them to continue productionbut to reduce greenhouse gases toa minimum.

The Government of Catalonia,sensitive to the repercussions thatclimate change might have, hasadopted an active approach, pro-moting and providing incentives forproposals aimed at combating thecauses of this phenomenon andhas created the Catalan Office forClimate Change in order to drawup specific strategies in this mat-ter.

Cement manufacturing Cement manufacturing can beconsidered a unique case in termsof greenhouse gas emissions.Emissions of these gases into theatmosphere come from two sour-ces: the production process itselfand the use of fossil fuels.

The production of cement invol-ves:

1. The manufacture of clinker,which consists of the decarbonisa-tion of the raw materials (this emitswhat is known as process carbondioxide) with the application of heat(this emits what is known as com-bustion carbon dioxide).

2. Following this, additives are

incorporated into the clinker toadjust its composition and to pro-vide it with the characteristicsrequired in construction. The resul-ting product is cement.

Therefore, in cement manufactu-ring, the emission of greenhousegases is caused by the decompo-sition of the raw materials (a pointat which it is not possible to redu-ce the emissions inherent in theproduction process itself) and inthe combustion of the fuel requiredto reach the necessary temperatu-res for this decomposition. Toreduce greenhouse gas emissions,action must be taken on the use offossil fuels that are traditionallyused in factories in Catalonia. Workhas been taking place and conti-nues to take place on this problemin many countries in the EuropeanUnion (Norway, Great Britain, theNetherlands, etc.) and in differentautonomous communities in Spain(the Basque Country, Valencia,etc.) The characteristics of cementmanufacturing and the tempera-tures reached in a cement kiln,which reach 1,400 °C for periodsof longer than 8 seconds, meanthat it is an attractive sector for theuse of alternative fuels.

It should, of course, be remem-bered that the objective of acement factory is to manufacturecement. For those who are notspecialists in the sector, it shouldbe noted that cement is a productthat, in order to fulfil its construc-tion functions (hardening,strength), cannot admit the indis-criminate presence of certain com-pounds (chlorides, etc.). Thismeans that the materials usedmust be chosen carefully, ensuringthat they have the correct charac-teristics; otherwise they will distortthe properties of the materialmanufactured. It is not possible,therefore, to use just any fuel.

Cement factories in CataloniaAt present in Catalonia there areseven cement factories with hori-zontal kilns. The factory in themunicipality of Vilanova i la Geltrú

264


produces white cement and itsunique characteristics mean that itcannot be evaluated along with theother establishments.

Of the six remaining plants, oneis located in the Terres de l’Ebreregion and the other five are in theMetropolitan Region of Barcelona.

The geographical location of theestablishments is a deciding factorwhen analysing which alternativefuel can be used to replace petro-leum coke and reduce greenhou-se gases, given that, as noted inthe introduction, one of the diffusesources of emission of these gasesis transport, and these activitiesinvolve significant movement oftrucks.

The selection of the mostsuitable alternative fuelTo combat the emission of green-house gases and in accordancewith European directives, thereplacement of fossil fuels by bio-mass must be encouraged. Thislatter type of fuel is neutral in itsemissions of greenhouse gases.In addition, in order to decide onthe most effective measures, ananalysis must be made for eachpoint in the territory to determinewhich is the most suitable biomassavailable, in order not to increaseemissions associated with trans-port.

In the case of the factory locatedin the Terres de l’Ebre region,taking into account the activity inthat area, the most suitable bio-mass available is produced fromthe pruning of the trees growing inthe area, from rice husks, etc.Thus, what is known as forestryand agricultural waste could beused to replace part of the petro-leum coke.

In the other metropolitan facto-ries, the possibility of using thisforestry and agricultural waste hasbeen evaluated, such as wastefrom pruning in the Collserola park,and, while its use is anticipated,the amount of biomass available isnot significant. In this context, ananalysis has been carried out of

other types of biomass that havebeen in use since the 1970s incountries of the European Unionand it has been noted that in theMetropolitan Region of Barcelona,one of the types of biomass that iscontinually available is urban was-tewater treatment plant sludge.

Experiments with thereplacement of part of thepetroleum coke by wastewatertreatment plant sludge in thecement factories of CataloniaBroad experience has been gai-ned in other countries in the Euro-pean Union in the use of urbanwastewater treatment plant slud-ge as an alternative fuel for thistype of installation and, at present,sludge from the wastewater treat-ment plant in the Besòs river iscurrently used as fuel in factoriesin Valencia. Therefore, while takinginto account the fact that there isa history of social resistence inCatalonia to this practice, theMinistry of the Environment andHousing decided to experimentwith the gradual replacement ofpetroleum coke by urban waste-water treatment plant sludge inthe cement factories located inCatalonia.

In order to ensure the maximumguarantees and transparency forthis experiment, an agreement wassigned between the differentagents involved: the owners of thecement factories, the representa-tives of the municipalities in whichthe factories where the experi-ments were to take place are loca-ted, the CCOO and UGT tradeunions and the Ministry of the Envi-ronment and Housing. This agre-ement includes, among otherthings, the following points:

1. Aim of the experiment: the gra-dual replacement of up to 25% ofpetroleum coke by urban waste-water treatment plant sludge.

2. Length of the experiment: fromthe month of June to 31 Decem-ber 2005.

3. Monitoring systems:3.1. Monitoring of the input of

products to the cement kilns,taking into account the analysis ofthe composition of raw materialsand the analysis of the composi-tion of dry sludge from the urbanwastewater treatment plants.

3.2. Monitoring of emissions ofsubstances into the atmosphere,which involved:

- A detailed analysis of the emis-sions into the air produced duringcement manufacturing whenpetroleum coke is used exclusivelyas fuel. During this phase, manymore pollutants were measuredthan those allowed by currentlegislation for this practice.

- Installation and calibration ofcontinuous analysers in the chim-neys of the clinker kilns in whichthe experiments took place. The-se systems were intended for themeasurement of nitrous oxides,sulphur oxides and particles.

It was affirmed in the agreementthat these two checks had to becarried out prior to the experi-ment, i.e., before the introductionof urban wastewater treatmentplant sludge into the cement fac-tories.

Monitoring regime of atmosphe-ric emissions during the experi-ments, regulating the frequencyand the method of sampling foreach pollutant.

The agreement also establishedthe conditions that had to be fulfi-lled by the bodies responsible forcarrying out the correspondinganalyses.

3.3. Supervision of the experi-ments. The agreement establishedthe creation of a broad-basedSupervisory Committee which,throughout the test period, had tomeet regularly in order to analysethe results of the experiments andto make the suggestions it consi-dered appropriate for gathering themaximum possible amount ofinformation. This Committee inclu-ded, in addition to those bodiesthat had signed the agreement,representatives of environmentalgroups or social organisations andrepresentatives of neighbourhood

265


associations or the consumers’organisation.

3.4. The use of urban wastewa-ter treatment plant sludge incement factories. The agreementalso specified that the continuousreplacement of petroleum coke byurban wastewater treatment plantsludge would be subject to anapplication to implement this prac-tice by the owner of each industrialplant to the Administration, inaccordance with the requirementsset out in the Law on the Com-prehensive Intervention of the Envi-ronmental Authority. In this way, itwas made clear that the agree-ment only made it possible for tho-se factories for which an applica-tion had been made to carry out anexperiment for a certain period,while the legal procedure for eva-luating the continuation of thepractice, if the owners of the esta-blishments requested authorisa-tion to do so, was set out.

Conclusions of the results ofthe experimentsThe results of the experimentshave been made publicly availableand can be found on the websiteof the Ministry of the Environmentand Housing.

Basically, what stands out in theanalyses carried out is that thereplacement of up to 25% ofpetroleum coke by dry urban was-tewater treatment plant sludge asa fuel in cement factories does notcause significant variations inatmospheric emissions of thosepollutants that have a local effect.The differences that exist betweenthe base values (measurements ofpollutants when petroleum coke isused exclusively as fuel) and theresults of the analyses after thegradual replacement of this fuel byurban wastewater treatment plantsludge are technically within themargin of error of the analyticalmethods and the inherent variabi-lity of the processes.

At the request of different mem-bers of the Supervisory Commit-tee, a report was made to the

Ministry of Health indicating thatthis practice posed no additionalhealth risk.

With regard to greenhouse gasemissions, the balance is highlypositive, given that there was notonly a saving in emissions asso-ciated with the use of biomass inplace of fossil fuel, but also thatthe emissions associated with thetransportation of petroleum cokeare considerably higher than tho-se caused by the supply of slud-ge from wastewater treatmentplants located in the MetropolitanRegion of Barcelona.

With respect to the experienceof creating forums in which poten-tially affected agents can obtainenvironmental information andchannel their concerns about the-se aspects to the environmentalauthorities, the project received avery positive evaluation and Iwould therefore like, although itmay seem unorthodox, to extendmy thanks to those people whoparticipated actively in putting thisagreement into practice, for theirco-operation.

266


WWTP sludgemanagement and itsassociated problemsFernando CabelloWater Treatment Technician. El Ma-resme Regional [email protected]

IntroductionThe treatment process of waste-water produces waste, sludge,whose characteristics vary widelyfrom one installation to another, afact that determines its final desti-nations. In addition, when choo-sing this final destination, threepriorities must be taken intoaccount: minimising the environ-mental impact and the economiccost, without affecting the socialsurroundings.

Possible destinationsThe quantity and composition ofwastewater treatment plant sludgeproduced depends basically onthe flow and the characteristics ofthe water to be treated, togetherwith the technology used in theWWTP.

The main problem in terms ofwastewater treatment plant sludgemanagement is disposing of thesludge in line with sustainability,economic and social criteria.However, the quantity and qualityof the sludge add certain restric-tions that often determine the pos-sible final destinations.

The basic alternatives for reco-very and final disposal can be sum-marised as follows:

a) Application to the soil - Making use of the high nitrogen,

phosphorous and organic mate-rial content in agriculture and gar-dening.

- Recovery of marginal terrain.- Restoration of quarries.b) Energy recovery, which con-

sists of making the most of thecalorific power of the organic frac-tion. The techniques for this thatare currently being developed are:

- Use as an alternative fuel incement factories and power sta-tions.

- Gasification, transforming dryWWTP sludge into a gas of mode-rate calorific value and into a solidmineral fraction, which is inert andcan be used as an aggregate in theconstruction industry.

c) The use of thermally dried slud-ge in the manufacture of construc-tion materials.

d) Landfill. This option is the leastfavourable and should really onlybe used when all other alternativeshave been exhausted.

The problem of sludgemanagementCorrect sludge management invol-ves the consideration of differentcriteria in order to obtain solutionsthat are viable, sustainable, econo-mical and respect the socialsurroundings. The key aspects ofthe problem of sludge manage-ment can be summarised asfollows:

Minimising at source thequantity of sludge producedAs with any type of waste, it isimportant that sludge production isas low as possible. All of the pos-sible ways of minimising theamount generated must thereforebe explored. The production ofsludge depends on the one handon the composition of the watertreated in the WWTP and on theother, on the installations of thesludge line and their efficiency.

Sludge consists of a fractionknown as dry material (organicmaterial and minerals) and water,which can be present in very variedproportions. The amount of drymaterial is proportional to the con-tamination of the water treated inthe WWTP and to the performanceof the purification process. This, the-refore, is not a factor that can be jud-ged a priori. The amount of water ini-tially present in the sludge dependsdirectly on the sludge line installa-tions in the WWTP. Therefore,according to the yield from the dehy-dration stage, the amount of waterpresent in the sludge can vary bet-ween approximately 70% and 80%.

It should also be rememberedthat there are processes for thepost-treatment of sludge, such asanaerobic digestion or thermaldrying, which contribute in a par-ticular way to reducing the quan-tity of sludge. In the anaerobicdigestion process, part of theorganic material in the sludge isbiologically transformed into CO2

and methane (a gas that can berecovered for its high calorificvalue) and therefore the dry mate-rial initially produced is reduced by30-45%. In the case of thermaldrying, through the external provi-sion of heat, the water in the slud-ge is evaporated off, which consi-derably reduces the quantity ofsludge.

Therefore, in terms of minimi-sing the quantity of sludge produ-ced, the worst case scenario iswhere there is a WWTP with nopost-treatment phase that eva-cuates the fresh dehydrated slud-ge directly. In this case, the percen-tage of water in the sludge couldbe around 75%. Conversely, aWWTP with an anaerobic digestionprocess (which reduces the quan-tity of dry material by 30 or 45%)and then a thermal drying stage,where the final water content isaround 15-20%, discharges aminimal amount of sludge.

Sustainable final destinationsfrom the environmental point ofviewThe continual generation of wasteforces us to look for end uses thatare sustainable and that minimisethe environmental impact. Thebest forms of disposal, in principal,are those that add value to thewaste, so that it can be reincorpo-rated into the production chain.This is the case for the applicationof wastewater treatment sludge tothe soil. However, to make thesludge of agricultural use, it mustbe sanitised, that is, prior to its useit must be treated to reduce themicrobe load significantly (anaero-bic digestion, composting or ther-mal drying).

267


Also of interest are the alternati-ves provided by energy recoveryfrom the sludge, something whichis highly desirable, although theseare not currently widespread. Atpresent in France, Germany andthe United Kingdom there are gasi-fication plants for dry WWTP slud-ge, which are small in dimensionand are usually linked to the ope-ration of the WWTP itself. Theseend uses are gaining importanceas research progresses and theycan be further developed.

Minimising the expense of finaldisposalIt should also be remembered thateconomic sustainability is animportant factor. In the operation ofa WWTP, costs resulting from thetreatment, transportation and finaldisposal of sludge are a significantproportion of total operating costs.In the case of a small WWTP(population equivalent of 10,000),sludge costs are around 10% oftotal costs and for a medium-sizedWWTP (population equivalent of120,000) the costs are around25% of total operating costs.

The first measure to be taken toreduce the expenditure resultingfrom the disposal of sludge is, asmentioned above, minimising theamount produced, either by cons-tructing an anaerobic digestion ins-tallation or by significantly reducingthe moisture content of the sludge.And, to reduce the moisture con-tent of the sludge as far as possi-ble, excluding the construction ofa thermal drying plant (only viablefor WWTP of a certain size), theWWTP sludge line and specificallythe thickening and dehydrationprocesses, must be the right size,well-designed and must work asefficiently as possible.

In addition, it should also beremembered that any treatmentthat involves the production of arecoverable by-product, such asthe biogas produced during anae-robic digestion, will contribute tominimising the economic cost ofsludge management.

Promoting the possibleexploitation of sludge producedThe exploitation of sludge produ-ced must be fostered for its dou-ble positive effect. On the onehand, economic value can beobtained from a type of waste thatis produced in large quantities. Onthe other hand, there is demandfor this waste in other productionprocesses (production of cons-truction materials, use as fuel inpower stations or cement facto-ries, etc.), which increases theoptions for final destinations.

Making the final treatment ofsludge compatible with thesocial surroundingsThe final disposal of sludge mustrespect the criteria of environmen-tal and economic sustainabilityoutlined above, but without forget-ting the social factor. It is importantthat sludge treatment plants adoptall of the measures that are tech-nically possible to ensure that theirnormal operation does not have anegative impact on their mostimmediate surroundings.

ConclusionsThe main challenge for the mana-gement of wastewater treatmentplant sludge is the use of thoseinstallations and techniques thatenable the quantity of sludge pro-duced to be minimised. ThoseWWTP with the largest treatmentcapacity usually have associatedsludge post-treatment processesthat significantly reduce theamount produced. However, the-re are still many medium-sized andsmall installations in which thesetechniques are still to be imple-mented.

Further research should becarried out into the development ofnew technologies that allow grea-ter use to be made of sludge,whether this is by exploiting itsagronomic characteristics, its calo-rific value, etc. This will allow moresustainable final destinations to befound, avoiding disposal in landfillsites, while at the same time redu-

cing the economic expense ofmanaging the waste.

As these two objectives of mini-mising and exploiting are achie-ved, landfill sites will no longer bean unavoidable option in sludgemanagement.

BibliographyMETCALF, Eddy. Wastewater Engi-neering. Treatment, disposal, reu-se. 3rd ed. Madrid: McGraw-Hill,2000.ORTIZ, S. «Situació de la gestió debiosòlids a l’Agència Catalana del’Aigua». I Jornades Tècniques deGestió d’Estacions Depuradoresd’Aigües Residuals. Barcelona:Catalan Water Agency: Govern-ment of Catalonia. Ministry of theEnvironment and Housing, 2003.PARÉS, J. «Les experiències cone-gudes en l’àmbit dels combusti-bles alternatius». Jornada sobreProposta de nou model de gestió,examen de les tecnologies de trac-tament, valorització i deposició dela fracció resta. Barcelona, 31January 2005.POCH, M. [et al.]. «Reflexionsentorn d’un sanejament per alsegle XXI a Catalunya». Conclu-sions de les II Jornades Tècniquesde Gestió d’Estacions Depurado-res d’Aigües Residuals (sistemesde sanejament i medi ambient ireutilització planificada de l’aigua).Barcelona: Catalan Water Agency:Government of Catalonia. Ministryof the Environment and Housing,2005.SAÑA, J. «Compostatge de fangs:experiències d’explotació». I Jor-nades Tècniques de Gestió d’Es-tacions Depuradores d’AigüesResiduals. Barcelona: CatalanWater Agency: Government ofCatalonia. Ministry of the Environ-ment and Housing, 2003.

268


Aerobic sludge digestionJoan MataDepartment of Chemical Enginee-ring. University of [email protected]

The process of anaerobic sludgedigestion is the oldest applicationof anaerobic digestion; over 130years have passed since LouisMouras designed the first septictank in 1881.

Anaerobic digestion is a complexprocess involving numerous micro-biological stages. Although up tonine different stages have beenidentified (Mata, 2003), from apractical point of view the processcan be described in two stages.The first of these is hydrolytic aci-dification, in which the organicmaterial is converted into acids,followed by a second stage inwhich, in strict anaerobic condi-tions (without oxygen), these acidsare converted into biogas. Thisbiogas is a mixture consistingmainly of methane (around 65%)and carbon dioxide (around 35%).Figure 1 (see page 67)

shows all of the stages and indi-cates the two stages in which theprocess is normally described.

The first stage involves the actionof hydrolytic and acidogenic bacte-ria, which can function in a broadpH range, reaching values as lowas 4, while the second stage iscarried out by methanogenic bac-teria, which cannot function in acidconditions and require a pH withinthe interval of 6-7.5. Additionally,methanogenic bacteria have a lowgrowth rate and are sensitive tonumerous substances consideredtoxic for methanogenesis. Thismeans that the very acids that aregenerated at the first stage, in highconcentrations, become toxic, inthe same way as ammonia andhydrosulphuric acid are, amongother common compounds inmany digestion processes. For allof these reasons, methanogenesisis often the stage beyond whichanaerobic digestion cannot conti-nue. These characteristics mean

that the process of anaerobicdigestion is considered «delicate»and difficult to control, as it can beeasily destabilised by an overloador a sudden change in operatingconditions. For example, if there isexcess organic material in thedigester, the acidogenic bacteria inthe first stage can easily metaboli-se it, converting it into acid, as thisis a process that occurs muchmore quickly than methanogene-sis. This means that there is anaccumulation of acids, as the met-hanogenic bacteria cannot convertthem into methane. This accumu-lation can cause a certain degree oftoxicity for these bacteria due tothe low pH, which results in theslowing down of the process ofconversion into methane, leadingto greater acid accumulation andhigher toxicity levels. Clearly, if thisis not corrected, the digester willface a crisis and the process willcollapse due to acidification.

Despite the description above,the situation is not really so seriousor difficult to control. If there is suf-ficient alkalinity, that is, the capacityto buffer acid production, a nor-mal acid overload hardly causesthe pH to vary and the methano-gens can continue to work withoutexperiencing serious toxicity pro-blems or their activity being inhibi-ted. Sludge digesters normallyhave plenty of buffering capacityand the process is rarely stoppedby the acidification of the digester.Other digesters must be providedwith sufficient alkalinity and/or con-trols must be established to pre-vent overloading and, if this doesoccur, it must be corrected imme-diately.

Anaerobic digesters can work attwo optimum temperature levels:mesophilic (around 35 °C) andthermophilic (around 55 °C). Figu-re 2 (see page 68) shows a quali-tative representation of the way inwhich the speed of production ofbiogas varies with the temperatu-re and the two intervals mentio-ned can be seen clearly.

Normally, sludge digesters ope-

rate in the mesophilic interval, par-ticularly in Europe, while in the USAthere are many digesters opera-ting in the higher temperature ran-ge, because the effluent from thedigester is «sanitised» and the pro-duct has a higher sanitation clas-sification (class A) so it can beapplied to the soil.

On the other hand, in general,the performance achieved in ther-mophilic conditions is greater, i.e.,the production of biogas per unit ofvolatile solid (organic material) fedinto the digester is higher. An eva-luation can be carried out to deter-mine whether this increase in bio-gas production compensates forthe greater consumption of biogasneeded to heat the digester to ahigher temperature. In experimentscarried out in the laboratory of theUniversity of Barcelona (UB), theresults obtained show that thebalance is positive, in addition toother advantages linked to the gre-ater elimination of organic micro-pollutants. Table 1 (see page 69)shows various bibliographical refe-rences in which the two workingtemperature intervals for the diges-tion of WWTP sludge are compa-red. It should be noted that yielddepends on the type of sludge tobe digested, that is, on the relati-ve percentage of primary andsecondary sludge entering thedigester.

Integration of anaerobic diges-tion into the sludge recoverychainThe installation of an anaerobicsludge digestion system is notcheap, as it involves a series ofoperations both before and afterthe process. Figure 3 (see page70) shows this in a simplified form.For installations of a certain size,specifically in WWTP with a popu-lation equivalent of over 50,000, itbegins to be a viable option, as inthe anaerobic digestion processapproximately half of volatile solids(organic material) fed into thedigester is converted into biogas.If the volume is significant, the

269


lower sludge management costsjustify the investment in the pro-cess. Normally, the biogas produ-ced is burned in a boiler to heat thedigesters to the operating tempe-rature. For WWTP with populationequivalent of over 100,000, theinstallation of a thermoelectriccogeneration group is justified, asthe sale of electricity compensatesfor the high investment in thecogeneration motors.

Anaerobic digestion is one of theoptions which the National Plan onSewage Sludge from WastewaterTreatment Plants (PNLD, 2001)was intended to encourage. Theplan specifies that, of the sludgeproduced in WWTP, 65% shouldbe applied to the soil, of which40% must pass through this pro-cess. Although this goal has notbeen financed, its importance froman environmental point of view issignificant. Anaerobic digestionproduces renewable energy andsaves on greenhouse gas emis-sions. For application to agricultu-re, sludge that has been digestedis more stable. If, moreover, thesludge originates from a WWTPthat exclusively treats urban waterand if the anaerobic digestion pro-cess is followed by a compostingprocess, prior to mechanical dehy-dration, then the product obtained(compost) will be of very high qua-lity.

Effluent from the anaerobicdigester is usually dehydratedusing belt filters or centrifuges.Depending on its quality, it will beused in agriculture or will have tobe sent to landfill sites. In the intro-ductory article, the observationwas already made that for finalheat recovery, there is little point inpreviously obtaining biogas (theonly advantage is that biogas is atransportable energy source), asthe volatile solids converted intomethane will later be convertedinto energy, which can take placedirectly in the energy recovery pro-cess chosen. Depending on thefinal destination and on the quan-tity of sludge, the sludge digested

can undergo a thermal drying pro-cess. Another possibility would becomposting.

Codigestion of WWTP sludgeThe codigestion of sludge is a pos-sibility that has considerableadvantages from a technical pers-pective. This is essentially a pro-cess that makes the most of thecapacity of sludge digesters todigest another substrate. In theanaerobic digestion process,synergetic processes often occurthat result in the higher productionof biogas in digestion together withanother substrate than when thedigestion processes are carried outseparately (Mata et al., 1989). The-se synergic phenomena are nor-mally based on the fact that mixingthe substrates compensates fordeficits of micronutrients or, even,of nutrients (N and P) in the indivi-dual substrates. There is also thepossibility of dilution phenomena ofcertain compounds that inhibitmethanogenesis. The fact is thathigher production of biogas isobtained and in the case of slud-ge, this can be obtained in thesame digester, without modifyingthe volume. What is required,however, is the installation of a sec-tion to prepare the mix which isfed into the digester.

One of the universal substrates,in that it is available in the majorityof places and is highly compatiblewith the anaerobic digestion ofWWTP sludge, is the organic frac-tion of municipal solid waste(OFMSW). The codigestion ofOFMSW and wastewater treat-ment plant sludge has the advan-tage of compensating for the highC/N ratio of OFMSW. On the otherhand, OFMSW has a high level oforganic material and relatively lowmoisture levels in comparison withwastewater treatment plant slud-ge, so mixing the two dilutes theOFMSW, with a slight increase inthe flow of wastewater treatmentplant sludge, almost doubles thecontent in organic material subjectto conversion into biogas in the

digester. This means that, in manycases, it is possible to conside-rably increase the production ofbiogas in anaerobic sludge diges-ters without significantly increasingthe infrastructure. It should beremembered, moreover, that manyWWTP sludge digesters work withlow loads due to the relatively lowconcentration of the sludge itself (incomparison to OFMSW) and to thehigh residence time used. Codi-gestion makes the most of this useof the digesters below their loadcapacity and makes them work totheir full potential. In all cases theinstallation is required, amongother things, of a unit to separatethe unsuitable material that maybe contained in the organic frac-tion (separation at source) of theMSW and a unit for mixing it withthe sludge.

The first codigestion operationstook place in Denmark at the endof the 1980s. Since then, a fewscattered operations have been setup around Europe. Recently, howe-ver, it seems that special interesthas emerged in the codigestion ofsludge/OFMSW in Italy. In fact, oneof the successful examples of theprocess that has been operatingfor years is located in the WWTP ofTreviso (Italy). This WWTP, of a sizeto deal with a population equivalentof 70,000, with two mesophilicdigesters, installed a mechanicalpre-treatment process for separa-ting the unwanted elements fromthe OFMSW, followed by amixing/prefermentation stage withthe secondary sludge from theaerobic treatment, then the pum-ping of the mixture into the diges-ter. The increases observed in Tre-viso are of over 100%, as shown intable 2 (see page 71).

There is not only interest in thisprocess in Italy. In Germany, theEuropean country with the highestnumber of digesters, this optionhas also been considered in recentyears. Thus, for example, Kruppet al. (2005) carried out a feasibi-lity study in the city of Wiesbaden(Germany) which gave highly posi-

270


tive results. Catalonia has manycodigestion possibilities, if thedigesters that have been installedhere are considered. For example,the OFMSW digesters in ecoparks,which have a large capacity, couldtechnically digest a considerableamount of sludge. It is highly pos-sible, therefore, that in the comingyears the first digesters of WWTPsludge - OFMSW and/or farmingwaste, an area that also has greatpotential, will be seen in Catalo-nia. (see figure 4 in page 72)

Pre-treatment of sludgeAs mentioned in the introductoryarticle, the large quantities of slud-ge produced in treatment plantsdue to the aerobic treatment pro-cess constitute a problem that hasto be solved if the treatment cycleis to be completed. This is why areduction in the amount of sludgeto be managed would be gene-rally welcomed. In plants that useanaerobic digestion in the treat-ment system, a possible means ofreduction, in addition to the goodpractices mentioned in the firstpart of this journal, would be thepre-treatment of sludge in order toincrease its biodegradability. In thisway, a greater quantity of sludgewould biodegrade and be conver-ted into biogas, with the doubleadvantage of an increase in theenergy yield of the digester and areduction in the amount of sludgeto be managed.

These pre-treatments are moreeffective if they are applied to theless biodegradable fraction, that isthe fraction corresponding tosecondary or biological sludge.This sludge contains a great dealof material from the cell walls ofmicro-organisms that are particu-larly difficult to biodegrade. In prac-tice, pre-treatments act exclusivelyon this fraction in order to makethem more economically viable.

In recent years, studies havebeen made of various types of pre-treatments. Table 3 (see page 73)shows a possible classification ofthese.

A number of studies of this areahave been published (Mata, 2003).Based on the results of the prelimi-nary analyses made, those thatseem to be most viable aremechanical, ultrasound and ther-mal treatments. Preliminary stu-dies have been carried out by theDepartment of Chemical Enginee-ring of the University of Barcelonaof these pre-treatments with con-siderable increases in the produc-tion of biogas. The investmentsrequired are high, however, as aremaintenance costs. What com-pensates for these factors, basi-cally, is the reduction of the volumeof sludge to be managed and the-refore viability will be dictated bymanagement costs and by thevalue placed on obtaining a largerquantity of renewable energy (bio-gas). On an industrial scale, thereare most applications in Germany,due to the price of landfill or inci-neration. The pre-treatmentsmostly used there are those men-tioned above.

Micropollutants and evolutionin the environmentIn industrialised society, a hugeamount of organic products enterinto circulation for both industrialand domestic use. Examples inclu-de cleaning and disinfecting pro-ducts, pharmaceutical products,paints, hydrocarbons, etc., all ingeneral use both in the home andin public places. The majority ofthese compounds, due to leachingor runoff, or because they are was-te from an industrial procedure, areabsorbed into the environmentthrough WWTP where, due to theirhydrophobic and/or lipophilic natu-re, they can bioaccumulate.

Often these are known as organicmicropollutants, due to their lowlevels of concentration in the slud-ge. The chemical structure and pro-perties of these compounds varygreatly and some of them are highlybioactive. The functional groups arealso very varied and can be pre-sent in multiple forms in a singlecompound. The following organic

micropollutants of an industrialnature are particularly well known,because their concentration hasbeen limited in drafts of the directi-ve on the agricultural use of sludge:polycyclic aromatic hydrocarbons(PAH); diethylhexylphthalates(DEHP); polychlorinated biphenyls(PCB); absorbable organohalogens(AOX); nonyl phenols and nonylphenol ethoxylates (NPE) and line-ar alkylbenzene sulphonates (LAS).The concentration of these com-pounds in the sludge is very low(mg/kg), which makes it difficult todetect them using conventionalanalytical techniques.

In fact, these micropollutants areconstantly entering the environ-ment and even if they were not verystable and they could be eliminatedor transformed (by biodegradation,hydrolysis, photolysis, etc.), thiswould be constantly counteractedby their replacement. This, in con-junction with the possibility of unde-tectable but continual effectsthroughout their long life cycle onenvironmental elements, meansthat action is required to tackle thisproblem.

In this respect, the Departmentof Chemical Engineering of the Uni-versity of Barcelona has carried outpreliminary projects to study whathappens to these compoundsduring anaerobic sludge digestion.It has been confirmed that thesecompounds are biodegraded, orat least biotransformed. It has alsobeen proven that pre-treatmentsnot only increase anaerobic biode-gradability, but also work towardsmaking the concentration of orga-nic micropollutants on output farlower than on input. It is clear thatthe subject is worth more detailedstudy, in which the operating con-ditions of anaerobic digestion areidentified, including, where appro-priate, pre-treatments to ensureeffective biodegradability and notonly the biotransformation of theorganic micropollutants. This couldbecome particularly important if thenew European directive to beannounced in 2008 finally legislates

271


on the content of this type of com-pound in sludge destined for useon agricultural land.

In addition to these things, whathappens to compounds origina-ting in pharmaceutical and perso-nal care products (PPCP), i.e.,medicines and cosmetics, shouldbe mentioned. These products,which are commonly used in thewestern world, can be found tohave accumulated even in theremotest and most rural WWTP,due to their use both in majorurban centres and in the smallestmunicipalities. These compoundshave been found to affect certainanimal species, due to the bioac-cumulation of these substances insludge, although negative effectson humans have not beendemonstrated. However, studiescarried out in the laboratory havealso demonstrated that anaerobicdigestion contributes to their bio-transformation and possibly totheir biodegradation (Carballa,2004). Table 4 (see page 75)shows the evolution of variousPPCP during anaerobic digestionin mesophilic and thermophilicconditions. It can be seen that inthermophilic conditions, the yield isslightly higher. In any case, itshould be added that more work isrequired on this line of research tofind out what the metabolites are ofthe digestion process. As mentio-ned above, it is still necessary tofind out whether total biodegrada-tion occurs, or whether the meta-bolites are harmless products.

ConclusionsAnaerobic digestion is a sustaina-ble treatment for sludge in that itextracts energy from the easily bio-degradable part and recoversother organic material, in additionto nutrients for the soil. The factthat it recovers renewable energyis positive for the reduction of gre-enhouse gases, which means thatin the future, the installation of ananaerobic sludge treatment sys-tem in a WWTP will be more viable.On the other hand, as described in

this article, there are aspects whichcould be further developed, suchas those concerning codigestionwith other substrates, with bothsubstrates using the same infras-tructure. Additionally, and takinginto account the cost of sludgemanagement, pre-treatmentscould be developed to increasethe biodegradability of sludge and,therefore, its conversion into bio-gas. This would result mainly in asignificant reduction in the amountof sludge to be managed.

In conclusion, it should be indica-ted that urban wastewater treat-ment plants have been designedto be very effective in terms of theelimination of chemical oxygendemand (COD) and nutrients (Nand P). However, in urban areas,wastewater can contain largenumbers of synthetic and naturalcompounds which have not beenconsidered in the treatment pro-cess. This leads to the presence ofthese compounds in different envi-ronmental settings, but particularlyin sludge, due to their bioaccumu-lation there. Although in-depth stu-dies are required in order to deter-mine the ideal treatments,anaerobic digestion of sludge hasdemonstrated a priori that it is agood option, particularly whencarried out in thermophilic condi-tions. However, this must be stu-died in greater depth, together withthe treatments which could pre-cede the process.

BibliographyCARBALLA, M., OMIL F.; LEMA, J. M.;LLOMPART, M.; GARCÍA-JARESB, C.;RODRÍGUEZ, I.; GÓMEZ, M.; TERNES,T. (2004). «Behavior of pharma-ceuticals, cosmetics and hormo-nes in a sewage treatment plant».Water Research, 38, p. 2918-2926.DOHANYOS, M.; ZABRANSKÁ, J.;KUTIL, J.; PENICEK, P. (2004).«Improvement of anaerobic diges-tion of sludge». Wat. Sci. Technol.,49, p. 89-96.KRUPP, M.; SCHUBERT, J.; WIDMANN,R. (2005). «Feasibility study for co-

digestion of sewage sludge withPFMSW on two wastewater treat-ment plants in Germany». WasteManagement, 25, p. 393-399.MATA, J. [ed.] (2003). Biomethani-zation of the organic fraction ofmunicipal solid wastes. London:IWA Publishing Company.MATA, J.; CECCHI, F. (1989). «Jointanaerobic digestion of sewagesludge and sorted organic fractionof municipal solid waste to attainthe energetic autonomy in waste-water treatment plants». Works-hop of the FAO-CNRE: BiogàsProduction Technologies. Sara-gossa, 10-13 April.OLES, J.; DISHTL, N.; NIEHOFF, H.(1997). «Full scale experience oftwo stage thermophilic/mesophilicsludge digestion». Wat. Sci. Tech-nol., 36, p. 449-456.PNLD (2001). «Pla Nacional deLlots de Depuradora». Butlletí Ofi-cial de l’Estat, núm. 166 (12 July2001). Resolution 14 July 2001. RIMKUS, R.; RYAN, J.; COOK, E.(1982). «Full scale thermophilicdigestion at the west-southetwestsewage treatment works». Jour-nal WPCF (Chicago, Illinois), 54(11), p. 1447-1457.

272


Wastewater treatmentplant sludge recovery:LLOT sludge project -prefabricated concreteVerònica KuchinowZICLA. Productes Reciclats per ala Construcció (Recycled Productsfor the Construction Industry)[email protected]

Sludge from urban wastewater tre-atment plants can already be con-verted into construction materials.LLOT sludge technology allowsthis waste to be used in moulds formanufacturing prefabricated con-crete products, as though it wereone more raw material.

This allows the recovery of a typeof waste that is generated conti-nually and is complicated to mana-ge.

BackgroundLLOT sludge technology is theresult of the LLOT Research Pro-ject, carried out by the UPC1 since1993, with support from the Juntade Sanejament (now the CatalanWater Agency) and the companiesACYCSA and Taller d’Enginyeries,S. A.

Having started out with dehydra-ted sludge for use in concrete forfoundations and sub-foundationsfor roads, the project is currentlyworking on the use of thermallydried sludge in prefabricated con-crete products.

Two doctoral theses and nume-rous dissertations, publicationsand research projects demonstra-te the scientific viability of this reco-very method. The pilot manufactu-ring project demonstrates itscommercial, technical and econo-mic viability as a valid alternative toend-of-pipe treatment.

LLOT sludge technologyLLOT sludge technology is a met-hod of treatment for waste sludgeusing hydraulic binders that con-

vert the waste into a stable, inert,durable material that is suitable forcivil works.

It consists of the thorough mixingof sludge with hydraulic bindersand specific additives.

The stabilisation of the material isbased on the fixing of the toxic ele-ments (metals and organic mate-rial, mainly) contained in the was-te, by the joint effects of processessuch as:

- densification,- formation of insoluble com-

pounds, andchemical combination with

newly-formed products in thecement setting process which,among other things, strongly basi-fies the mixture.

The use for civil works, on theother hand, is possible due to themechanical characteristics thatthe material takes on once it hashardened.

LLOT sludge technology hasbeen developed for a wide rangeof wastewater treatment sludgeranging from industrial to urban,fresh or dry (dehydrated or ther-mally dried), of physical-chemicalor biological origins. The main con-clusions of the project are asfollows:

Summary of conclusions of theuse of fresh sludgeAny type of sludge can be stabili-sed using hydraulic binders basedon the direct mixing of these bin-ders with the sludge to be treatedand an adjustment of water requi-red for the correct setting of thebinder.

The optimum binder is cementin proportions of up to 2:1(binder:sludge) depending on theapplications.

The maximum percentage ofsludge in the mixtures is 35% ofthe total weight of the product.

The retention of pollutant speciesis obtained through newly-formed

chemical structures that incorpora-te these pollutants into their bon-ding. The bonds are chemicallystable and strong and can incor-porate high levels of pollutants.

The product obtained is highlyimpermeable, which implies almostperfect encapsulation, protectingthe stabilised system from theentry of water and from leachingpollutant elements. Permeability(LCPC test) does not appear upto pressure of 6 atmospheres forthe majority of dosages tried andis very slight.

The hardening process has theusual effect on conventional sys-tems with hydraulic binders. Slud-ge has, in this respect, the positi-ve and moderate effect of water. Itscontribution, when fresh, to thegood rheological behaviour of themixture is significant. This transla-tes into the excellent bufferingeffect of the product obtained,compared with water. This allowsa large degree of independence ofthe mechanical properties obtai-ned for use in civil works, compa-red with the addition of water(where minor excesses often leadto a rapid reduction of strengthand permeability).

The product obtained has veryrespectable mechanical proper-ties and reaches levels of strengthcompatible with applications suchas backfilling, foundations or sub-foundations, etc. It is possible toreach values of up to 70 kg/cm2 intest pieces with sludge fromindustrial wastewater plants. Inaddition, the intrinsic characteris-tics of the sludge provide the pro-duct with increased elasticity, asshow the deformation modulesobtained. (see table in page 80)

Summary of conclusions of theapplication of dry sludgeAny type of thermally dried sludgecan be stabilised using hydraulicbinders for industrial applications

273

1. Department of Construction Engineering of the Civil Engineering School of Barcelona.


such as the manufacture of prefa-bricated concrete products.

The maximum percentage of drysludge in the application is 10-15%of the weight of the cement.

With these dosage levels, no dif-ferences can be observed in theproduct or the process.

The addition of sludge improvesflexural strength.

The addition of sludge has noenvironmental impact; the piecesare totally inert.

Basic concepts of stabilisationmechanismsMaking pollutant ionic substancesand species inert with a systembased on the setting and harde-ning of hydraulic binders is basedon four points:

The reaction of the pollutantswith the compounds in the binderand the production of substancesthat are insoluble in water andother liquids.

The incorporation into the crystalstructure of certain products of thehydration of the cement.

Adsorption into the hydrates for-med by the cement that have ahigh specific surface area.

The low speed of transportation(capillarity and diffusion) that canbe obtained.

Solubility of heavy metals in a sys-tem based on hardened cementThe high alkalinity of the mediumcreated by cement when it ishydrated is a good starting point,as in these conditions, the majorityof heavy metals form insolublecompounds (the correspondinghydroxides), guarantee their per-fect fixing.

Fixing pollutant metals in the crys-tal network of certain componentsin hydrated cementEttringite, a crystalline or mono-sulphate form obtained in the set-ting of cement, is a structure that

is highly suitable for fixing pollu-tant ionic species. Chrome, man-ganese, cadmium, lead and arse-nic form solid solutions when theyare integrated into these sulphoa-luminates.

Adsorption in cement hydratesand mixtures thereofRetention by cement and clinker isan adsorption phenomenon withinthe pyroxenoid structure of cal-cium silicate hydrate (CSH ortobermorite). The role of fly ash isrelated to the densification of thesystem, but it also contributes tothe phenomenon of adsorption.

Reduction in transportation bywater and organic liquidsThe transportation of liquids in theconcrete will depend above all onthe pore system, the type of liquid,the temperature and the humidity.The predominant mechanisms arecapillary suction and diffusion.

The fixing of heavy metals in thecement mix further closes the sys-tem of pores and makes transpor-tation even more difficult.

With regard to organic products,the high alkalinity makes theminsoluble or not very soluble andthe high density that can be rea-ched makes their movement verydifficult.

ApplicationsThe possible applications of LLOTsludge technology are as follows:

(see table in page 81)

Backfill materialStabilisation of sludge to be used

as backfill material.Intended for cases where large

quantities of backfill material arerequired for port extension works,in order to reclaim land from thesea.

With dosages of only cementpaste (without aggregates), a solidand stable material is obtained:

Dosages:Sludge 65%Cement 32%Additive 1%Water 2%

Characteristics of the materialStart of setting 12 hoursEnd of setting 50 hoursDensity 1,100 kg/m3

ConcreteInclusion of sludge in the massmanufacture of concrete for appli-cations such as paving, backfillingof ditches, etc.

Intended for wastewater treat-ment plants in large urban centres,which have difficulty carrying outconventional treatments (highpollutant load, social rejection, lackof land for landfill sites, etc.). Con-crete can be manufactured in thewastewater treatment plant itselfwith the installation of small pro-duction units for municipal applica-tions.

Dosages(see table in page 82)

Characteristics of the material

Resistance to compression at 28days 121 kp/cm2

Flexural strength at 28 days31 hp/cm2

Elasticity modulus 7,000 MpaDensity 1990 kg/m3

Volumetric stability2

0.05 Dl/l0-106Permeability ImpermeableLeaching Within the norm

Cement bound granularmaterialInclusion of sludge in the manu-facture of treated gravels (cementbound granular material) for use inthe foundations and sub-founda-tions of roads.

274

2. Moisture-dryness cycles.


Although this application is tech-nically viable, logistically its applica-tion is difficult as cement boundgranular material is needed in lar-ge quantities on one-off occasions,while the production of sludge iscontinual.

Prefabricated concreteproductsUse of thermally dried wastewatertreatment plant sludge as rawmaterial for the manufacture ofprefabricated concrete products.

With dry sludge, due to the con-centration of all the pollutants, thepercentages added must be redu-ced, because even small quantitiesare noticeable in concrete.

On the other hand, in prefabrica-ted concrete products, thanks tothe high level of compacting thatthe pieces are subject to during themanufacturing process, it is possi-ble to add the maximum proportionof sludge that the concrete canabsorb. Applications of up to 10%of the quantity of cement do notalter the properties of the productor the manufacturing process (seechart in page 84).

BibliographyVALLS, S. Estabilización física y quí-mica de los lodos de depuradorade aguas residuales y de materialde demolición para su utilizaciónen ingeniería civil. Barcelona, 1999.[Doctoral Thesis]YAGÜE, A.; VALLS, S.; VÁZQUEZ, E.;KUCHINOW, V. «Utilización de lodoseco de depuradora de aguas resi-duales como adición en adoqui-nes de hormigón prefabricado».Materiales de Construcción [Barce-lona], vol. 52, no. 267 (2002).— «Study of hydration of cementpastes and dry sewage sludge».Proceedings of the InternationalSymposium on the Recycling andReuse of Sewage Sludge. Dun-dee, Scotland, UK, 2001VÁZQUEZ, E.; VALLS, S.; ROCA, S.;ROVIRA, J.; AURIN, R.; KUCHINOW, V.;GASSÓ, A. «Material per a bases isubbases de carretera amb llotsde depuradora i enderrocs».

Ponències de les Jornades sobrela Reutilització de Fangs de Depu-ració d’Aigües Residuals Urbanes.Barcelona: Junta de Sanejament(Regional Water ManagementBoard): Government of Catalonia.Ministry of the Environment andHousing, 1996.VALLS, S.; VÁZQUEZ, E. «Stabiliza-tion and solidification of sewagesludges with Portland cement».Cement and Concrete Research,vol. 30, No. 10 (October 2000),p. 1671-1678.

275


Energy recovery sludgecompostJosep Saña VilasecaDoctor of [email protected]

IntroductionBetween its generation in theWWTP and its final destination,sludge can undergo what is knownas post-treatments. The mostcommon of these in Catalonia arecomposting and thermal dryingand their objectives are to makestorage easier, reduce transportcosts to the final destination or,simply, to broaden the range ofpossibilities when reusing the slud-ge or sending it for final disposal.

Currently in Catalonia, approxi-mately 180,000 tonnes of sludgeare composted each year (CatalanWater Agency 2005), which repre-sents 32% of the sludge generated(see figure 1 in page 87). In thepublicly-owned installations - Vila-seca, Blanes, Manresa and Olot -some 44,000 tonnes were com-posted in 2005 - 24% of the totalcomposted - and the compostgenerated was destined almostentirely for use in gardening, whet-her private, municipal or in publicworks. In practice, this use is con-ditioned by two factors:

- The very seasonal nature of thedemand.

- The constantly increasingsupply of other composts (manu-re, OFMW, etc.).

This means that, even if the ware-houses at installations are exten-ded, they are still very often entirelyfull, due to the lack of demand. Itis therefore interesting to find alter-native end uses for sludge com-post that can cover those periodswhen there is no agriculturaldemand.

This article evaluates the possibleinterest of one of these alternati-ves: the energy recovery of sludgecompost and, in particular, thegeneration of electricity by incine-rating it in suitable installations.

Particular characteristics ofthe sludgecomposting processThe sludge composting processrequires the addition of a bulkingmaterial, usually bark or wood-chips, which plays a double role:

- Providing the mix with macro-porosity, in order to facilitate theentry of air into the material so thatit can attain the aerobic conditionsrequired for composting.

- Absorbing water by capillarityinto the lumps of sludge, thusgiving them internal microporosity,which allows the penetration of air.

For the process to work, the mix-ture of bulking agent and sludgemust be extremely rich in the formeringredient. The volumetric propor-tions used in public compostingplants range from 2/1 to 5/1. Giventhat the bulking agents, althoughthey are biodegradable, are hardlyaffected by the short compostingprocess, it makes a great deal ofsense to recover them for their sub-sequent use in later compostingcycles.

When a composting installationconsiders recovering all of the bul-king agent possible, it is helpful ifthe mix resulting from the processis sufficiently dry, so that:

- the separation by sifting of thebulking agent and the compostedsludge (or semi-composted slud-ge, depending on the point atwhich separation takes place) isnot slowed down by the frequentblocking of the sieve.

- the recovered bulking agentmaintains a similar capacity forabsorbing water by capillarity (hasa similar moisture level to the oneit originally had) and can providemicroporosity to the lumps of slud-ge in the next composting cycle.

To ensure that the products ofthe composting process have sui-table dryness levels, the sludge tobe composted must contain suffi-cient biodegradable organic mat-ter, so that it can generate enoughenergy during the process, toensure that:

- it heats the mixture to be com-posted and the circulating air.

- a sufficient amount of waterintroduced with the sludge evapo-rates so that the bulking agent canbe recovered with similar charac-teristics (dryness) to its original sta-te. That is, it is necessary to ensu-re that: Water evaporated >– watercontributed by the sludge + watergenerated by the decompositionof the organic material - water con-tent of the sludge compost

If the water balance given aboveis not positive, then there is excesswater that will accumulate in therecovered bulking agent, which willprogressively lose its capacity toabsorb water.

Until a few years ago, the waterbalance of composting processesin public installations in Cataloniawas negative, because the sludgetreated was:

- Already pre-stabilised - fromanaerobic digestion, prolongedoxidation, etc. - with lower levels ofbiodegradable organic materialsthan raw sludge.

- With low levels of dryness,usually between 15% and 20%.This means that the relationshipbetween water introduced (waterto be evaporated) and potentiallybiodegradable organic material(energy for the evaporation ofwater) was very unfavourable (seefigure 2 in page 89).

At the end of 2002, with the aimof changing the water balance ofthe process, complementarymaterials began to be introduced.These materials were intended to:

- Provide biodegradable organicmaterial, such as coffee grounds.

- Increase dryness (by usingpellets originating from thermalsludge drying installations) andtherefore reduce the proportion ofwater to organic materials introdu-ced with the sludge.

Today, public composting insta-llations operate by incorporatingpellets in an approximate propor-tion of 7.5% with regard to thesludge treated and therefore obtainalmost systematically sludge com-post with a dry material content ofaround 65-70%. This dryness ena-

276


bles the easy separation by sie-ving of the composted sludge andthe bulking agent and the lattermaintains its characteristics as anabsorbent material. Figure 3 (seepage 89) shows a balance of mas-ses representing the current pro-cessing conditions in these sludgecomposting installations.

Energy recovery from sludgecompostThe only experimental data for thenet calorific value (NCV) of sludgecompost which it has been possi-ble to study was for the compos-ting plants of Vila-seca and Salou,and the figure it gives is 10 MJ/kgof dry material. This figure is in linewith the NCV that the bibliography(Haug, 1980, and Stasta et al.,2006) attributes to WWTP sludgeand that varies between 8 and 12MJ/kg of dry material. The sameauthors describe a reduction in theNCV of approximately 1.25% foreach 1% increase in the moisturecontent of the material.

If we use the NCV of this samplefrom Vila-seca and Salou as a refe-rence, given that the dryness ofsludge compost generated at pre-sent in public sludge compostinginstallations in Catalonia varies bet-ween 65 and 70%, we will find thatits NCV ranges between 5.6 and6.3 MJ/kg of compost as it is pro-duced (see tables 1 and 2 in pages90 and 91). And if, with the aim ofusing the sludge compost forenergy recovery, the compostingprocess were adapted to obtain aproduct with a dryness of 80%,something which has been achie-ved in practice, the NCV would bearound 7.5 MJ/kg of compost. Itshould be emphasised that thisdryness level has been attained inpractice, simply by increasing theproportion of pellets in the mixtu-re with sludge to slightly above theusual level.

If we take as a reference the realyield of the urban solid waste inci-nerator of El Maresme (Consor-tium for the Management of SolidUrban Waste in El Maresme,

2006), the coefficient of electricalenergy generation would oscillatebetween 0.34 and 0.45 kWh/kg ofcompost.

Finally, if we take into accountthe fact that on average, 0.19 ton-nes of compost are generated foreach tonne of sludge treated, theenergy yield would be between 65and 87 kWh/t of sludge compos-ted. The public composting insta-llations, the majority of which areclosed and have complex systemsof air recirculation and treatment,consume high amounts of electri-city, some 5060 kWh/t of sludgecomposted. Therefore, energyrecovery through the generation ofelectricity at times when the usualdisposal route of agriculture or gar-dening is not available would atleast return the energy expenditu-re implicit in the composting pro-cess.

With this information, it wouldalso be interesting to study the via-bility or the interest of alternativecomposting/energy recoverythrough the generation of electricityfrom sludge with a high heavymetal content which is thereforeunsuitable for agriculture. Giventhat, in this case, the energyexploitation would not be seasonalbut continuous, the process couldbe designed to generate compostwith high levels of dryness and the-refore with significant NCV. It wouldalso be possible to consider theuse of waste from old furniture orground down chipboard, which areinappropriate for compost used inagriculture, as bulking materials.

ConclusionsIt is estimated that the potentialelectrical yield from sludge com-post produced in the public insta-llations of Catalonia is between0.34 and 0.45 kWh/kg of com-post, which represents between65 and 87 kWh/t of sludge com-posted. With this yield, the energyexpenditure involved in the com-posting process can at least becompensated for.

The energy recovery of sludge

compost would make sense inthose periods when there is nodemand in agriculture or garde-ning, or in the case of grey com-posting, when these end uses arenot possible.

It would be of interest to look inmore depth at the viability of com-posting as a biological alternativeto the thermal drying of sludge thatis not suitable for composting, dueto its high heavy metal or organicmicropollutant content. This com-post could later be recovered forenergy, as is the case for thermaldried sludge.

BibliographyAgència Catalana de l’Aigua(2005). Producció de Fangs. Cam-panya 2005.HAUG, R. T. (1980). «Compostengineering. Principles and Practi-ce». Ann Arbor Science, p. 1-655.Consorci per al Tractament deResidus Sòlids Urbans del Mares-me (2006). Dades tècniques deplanta de tractament de residussòlids.STASTA, P.; BORAN, J.; BEBAR, L.;STEHLIK, P.; ORAL, J. (2006). «Ther-mal processing of sewage slud-ge». Applied Thermal Engineering,no. 26, p. 1420-1426.

277


Thermal drying ofsludgesTomás Cazurra PérezTechnical Manager. Depuradoradel Baix Llobregat, [email protected]

Increasing production ofwastewater treatment plantsludgesThe operation of wastewater treat-ment plants (WWTP) implicitlyentails the production of sludge,with varying quantities and quality,depending on the flow and charac-teristics of the water being treatedand the technology applied in theWWTP.

The coming into force of Directi-ve 19/271 of 1991 established theobligation of all Member States toconstruct wastewater treatmentplants within certain periods oftime, depending on the size of thetown or city. More specifically, thelimits that were set for wastewatersto receive secondary treatment, oran equivalent process, were asfollows:

- At the latest, 31 December2000 for all those discharges ari-sing from built-up urban areas withmore than the equivalent of 15,000inhabitants.

- At the latest, 31 December2005 for all those discharges ari-sing from built-up urban areas withbetween 10,000 and 15,000 inha-bitants.

- At the latest, 31 December2005 for all those discharges intofresh water or estuary waters ari-sing from those built-up urban are-as with between 2,000 and 10,000inhabitants.

As a result of applying this Direc-tive, the number of WWTP hasgrown dramatically, and so, inparallel, has the production of slud-ges. Thanks to the wastewaterplants that have been construc-ted, it has been possible to solvethe problem of the water quality ofthe receiving water courses orcoastal areas in which, prior totheir construction, wastewater wasdischarged without treatment;

nevertheless, problems in finding afinal destination for the sludgesproduced have increased.

In resolving the problem of whatto do with WWTP sludges, a num-ber of new variables have appea-red over recent years which hinderthe management of their elimina-tion. There are two opposingaspects which complicate thesolution somewhat: on the onehand, the considerable increase inthe quantity of sludge producedyear after year as more wastewa-ter plants have been constructed;and on the other, the increase inthe environmental requirementsregulating their elimination.

Among the environmental regula-tions which restrict the destina-tions of sludge are transport, whichis increasingly expensive and pro-blematic, and the use of landfills,where, in accordance with Directi-ve 1999/31/EC (on the disposal ofwaste), levels of humidity are res-tricted. Some comparatively com-mon applications, such as the useof sludge as fertiliser in agriculture,either directly after digestion anddehydration or after being subjec-ted to a composting process, havebeen restricted by Directive86/782/EEC.

In summary, an ever-increasingamount of sludge is being produ-ced due to the increase in the num-ber and capacity of wastewater tre-atment plants, and at the sametime, the new environmental regu-lations are imposing ever strictercriteria on the normal destinationsof these sludges. Thus the needhas arisen to find technologies rela-ting to their treatment which willenable us to find environmentallysound ways of managing sludges.Among these technologies is thethermal drying of sludges.

Water content of sludgesThe principal points of sludge pro-duction in a WWTP are the set-tling tanks - either primary orsecondary; the sludges removedfrom the bottom of these settlingtanks, do not reach a dryness level

of 1%. The first treatment to whichit is subjected in order to increaseconcentration is a thickening pro-cess, either by gravity, flotation orthrough the use of centrifuge (withor without the addition of polye-lectrolytes). The resulting sludgehas a dryness of between 4% and6%, which means that the volumeof the sludges is reduced to onequarter or one sixth of that whichwas drained by decanting.

Sludges resulting from urbanwastewater treatment processesare hydrophilic. The water presentin the sludge is both free-form andbound, the latter including colloidalhydration water, capillary waterand cellular water.

The hygroscopic nature ofWWTP sludge means that it ismore difficult to extract the waterthan if we were dealing with aninorganic material, normally withsimpler capillary networks.

Mechanical dehydration systemsmake it possible to eliminate partof the free water, increasing theirdehydration capacity, normally byresorting to the chemical conditio-ning of the sludge, generallythrough the addition of polyelec-trolytes.

The systems most commonlyused to dehydrate sludges withmechanical methods are belt fil-ters, centrifuge and press filters.Depending on the type of sludgeand the system used, it is possibleto reach levels of dryness of bet-ween 20% and 30%, and in somecases even higher, if the sludge isphysicochemical.

In order to eliminate the boundwater and that part of the free waterwhich cannot be eliminated bymechanical procedures, we needresort to supplying thermal energyto break the colloidal network byincreasing the temperature, which isachieved with the thermal conditio-ning of the sludge, by means ofthermal drying or incineration.

If the system used is a thermaldryer, the resulting final dryness willbe in the region of 85%, which, aswill be discussed later, means that

278


the quantity of sludge producedby a treatment plant to which ther-mal drying is incorporated as asludge post-treatment system willbe a quarter of that produced ifthe sludge line were concludedwith mechanical dehydration.

Thermal conditioning ofsludgesGiven that in many treatmentplants the thermal conditioning ofsludge is associated with thermaldrying, we shall now go on toexplain some of its principal cha-racteristics and advantages.

The thermal conditioning of slud-ges increases its temperature to60°C, with the aim of improving itsmechanical dehydration capacityand/or reducing polyelectrolyteconsumption. Essentially, the aimis to increase dryness and reducethe consumption of polyelectroly-tes. The increase in dryness is inthe region of 4-5%, and the reduc-tion in polyelectrolyte consumptionaround 15-20%.

The calorific energy required toheat the sludge may be supplied indifferent ways, ranging from bur-ning a fuel from outside the WWTP(natural gas, gas oil, etc.), tomaking use of the biogas genera-ted in the plant’s anaerobic diges-ters or, preferably, using the resi-dual heat from the cooling circuit orfrom the exhaust gases of a coge-neration motor. The final option,besides obtaining the necessarycalorific energy at a minimal cost,also facilitates the use of theexcess heat from the motors forimproved compliance with thecogenerator statute (see figure 1 inpage 95).

In those WWTP in which thethermal conditioning of sludgesis carried out, dehydration isusually by means of centrifuge,since when the sludge is heatedto 60°C it gives off volatile ele-ments and a strong odour, whichthanks to the airtightness of thecentrifuge is considerably reduced,as opposed to other solutionsbased on belt or press filters.

Thermal drying of sludgesThe sludge line is made up of aset of ducts, tanks and equipmentby means of which the sludge istransported and managed, bothto minimise its volume and toobtain the ideal quality for its finaldestination.

The basic criteria applicable forthe design of a sludge line are asfollows:

- Reduction in the quantity ofsludge produced.

- Recovery of the sludges produ-ced.

- Minimisation of environmentalimpact.

- Optimisation of the economiccost of the final destination of slud-ges.

- Use of tried and tested techno-logies.

- Simplification in the movementof sludges.

What the thermal drying processdoes is supplying the thermalenergy required to eliminate waterup to the limit for which it has beendesigned (normally around 90%dryness in the sludge).

The heat requirements for evapo-rating 1 kg of water on the basis ofa temperature of 20°C are 620 kcal.

In practice, the thermal energyrequired to evaporate waterdepends on the efficiency of eachtype of dryer. On average, we canconsider a consumption of 750 kcalper kg of water evaporated. Themanner in which this heat isapplied to the sludge is one way ofclassifying the different types ofthermal drying.

The thermal drying of sludges isa post-treatment which complieswith the basic design criteria listedabove. It effectively reduces thequantity of sludge by reducing thedryness at input of between 20-35% (according to the dehydra-tion system used, belt filter, centri-fuge, press filter) to 90%, whichgenerally means that the volume ofthe sludge of output is between athird and a fifth of that at input.

It sanitises the treated sludge, sin-ce it subjects it to temperatures clo-

se to 100°C, and at the same timeit temporarily stabilises the organicmaterial by inhibiting the bacterialdecomposition processes due tolack of water.

With regard to the aspects ofrecovery and reuse, it makes it pos-sible to transform a pasty product(20% dry material) into a dry pro-duct, generally in the form of 1-3mm diameter pellets, that can beused in agriculture, if the composi-tion of heavy metals makes it com-patible for this purpose. Its dry gra-nular form makes it more easilyapplicable in the land, considerablyreducing transport and applicationcosts, since the quantities to bedistributed are reduced by 75%,while supplying the same quantityof nutrients, and the fact that it actsas an organic regulator, whichimproves the structure of the soil.

The dry sludge can also be usedas a low quality fuel, generally incement plants (the calorific value ofthese pellets is approximately 4 kgof pellets = 1 litre of gas oil), inwaste incinerators and power sta-tions.

It minimises the environmentalimpact that in many cases arisesfrom sending sludges to landfill,since as it only has a humidity of10% (the same as normal paper) itreduces the leachates that may begenerated and extends the opera-tional period of the landfill by redu-cing the volume of water it con-tains.

In strictly financial terms, it can beestablished that, generally, theoptimisation of the economic costin thermal drying will be competi-tive in those situations in which thesludge is not fit for use on the soil,and the alternative of landfill entailsfees plus transport > 30 euros/t asa reference cost.

This is a solution using tried andtested technology which, althoughnot widely used, is based on manyyears of experience. Generally, theminimum size for application is anevaporation capacity of 2 m3/hour,which is the equivalent of a treat-ment capacity for a sludge with an

279


initial degree of dryness of 30%producing around 18,000 t/year,which entails one or more WWTPjointly treating a wastewater flowof 40,000 m3/day. Thermal dryinginstallations may be modular with anumber of units, the standard sizesof which are 1, 2, 3, and 4 m3/hour.

With regard to the transport ofsludges, these installations usuallyserve more than one waste treat-ment plant, and they are usually ins-talled in the one that produces thegreatest quantity of sludges, invol-ving the transport of sludge fromthe other plants to the drying insta-llation, and which is financially via-ble due to economies of scale. Furt-hermore, it is possible to operatethe drying process at full capacityby regulating the input of sludgewith the satellite plants transportingit to the plant.

To this end it is essential to inclu-de a sludge reception hopper inthe design to act as a regulator,both for those times of year inwhich the sludge production maydrop, and in those plants that onlydehydrate during the day andwhich, as is usually the case, func-tion 24 hours a day. In the mainplant there must also be a regula-ting silo, or other similar system,which, in the case of a breakdown,makes it possible to transport thesludges to other alternative desti-nations, including another dryingprocess, use on the soil, landfill,composting, etc., depending ofthe characteristics of the sludge.

Types of dryerThere are two different types ofdryer, depending on how heat isapplied to the sludge:

Contact. The solids to be driedare heated through contact with ahot surface (indirect).

A key element is the surface ofthe dryer: those which work with athinner layer of sludge in contactwith the surface, usually heated bythe circulation of thermal oil or ste-am in the interior, are more effec-tive.

Convection. Hot gas (air, exhaust

gases, etc.) transmit the heatdirectly to the material to be dried.

The performance of the drierincreases as the speed of the air-flow rises.

Apart from these two systems,there are also radiation systems,but these are not employed on anindustrial scale in the drying ofsludges.

Another habitual classification isthat of direct and indirect dryers,which depend on whether thecombustion gases enter into con-tact or not with the sludge to bedried.

In convection dryers the sludgesexposed to the flow of hot gasesmust have a large surface area.Normally a mixture of dehydratedand pre-dried sludges is requiredto obtain the small pellets that pro-vide the greatest contact surfacewith the hot gas, a form which alsofacilitates their transport throug-hout the dryer.

The recirculation of the dry pro-duct in this type of dryer is inten-ded to obtain a mixture in whichthe dryness at input is 55% inorder to avoid the plastic phase ofthe sludge, which causes the gre-atest problems in internal trans-port due to its adherence to thewalls of the dryer.

Description and operationallayout

Types of convection dryers: - Drum dryers:pneumatic displacementmechanical displacement- Belt or band dryers- Fluidised bed driersTypes of contact dryers:- Disc dryers- Multi-level dryers (vertical with

trays)- Thin layer dryers (turbodryer)We now go on to outline the ope-

rational schemes of some of thesystems.

Belt or band dryersThe sludge is extruded into the formof thin spaghetti and deposited overa perforated belt. This belt movesthrough a tunnel, where the sludge

is exposed to a current of hotgases. Within the system, we candifferentiate between the tempera-ture of the gases, and some modelsmay operate at a very low tempe-rature (55°C) with a supply from theheat pump (see figure 2 in page99).

Fluidised bed driersHumid sludge is introduced into achamber that is partially full of drysludge, which acts as the bed. Ahot gas (normally air) is injectedinto the bottom of this chamber,creating turbulence that keep thebed-sludge mixture in suspension.The sludge is dried due to the heatof the gas and the turbulence.Equipment using this technologyprovides an additional source ofheat through the use of heatexchangers submerged in the flui-dised bed (see figure 3 in page100).

Thin layer dryers (turbodryer)This essentially consists of a cylin-der with a hot lining, inside whicha rotor forces the sludge to moveover the hot lining, which is heatedby means of thermal oil or steam.In this type of dryer, part of theheat is normally supplied by hotair. To a certain extent, this type ofdryer can be classed as both con-tact and convection, and thesupply of heat between one formand the other would be in the pro-portion of two thirds and one third.The sludge is in the dryer for a fewminutes.

The dryness at output can beadjusted, and there is no recircu-lation of sludges (see figure 4 inpage 101).

Sun drying of sludgesThis type of dryer uses solar radia-tion to heat and evaporate thewater contained in the sludges. Ittransforms the dehydrated slud-ges (minimum dryness 15%) into adry, granulated product, with a dry-ness that can be regulated betwe-en 45% and 80%.

Drying is carried out under green-

280


house conditions due to the effectof solar radiation and with the helpof a longitudinal displacementmachine, which scarifies the slud-ges. This machine ensures the tur-ning, aeration and transport of thesludges throughout the greenhou-se.

Apart from natural ventilation,these greenhouses require addi-tional forced air circulation. This isa simple, automatic system, withlow operating costs and whichuses the sun as an energy supply,making it recommendable for smallor medium-sized towns. The eva-poration capacity of these insta-llations varies between 600 and1,500 kg of water/m2/year, depen-ding on where they are installed.

Design of the installationInstallations for the thermal dryingof WWTP sludges are highly com-plex plants involving many tech-nological processes and differenttypes of equipment, the majorityof which are critical, since their fai-lure would imply a general shut-down of the process.

Generally speaking, the moreequipment there is and the mo-re complex the installation, themore likely operational problemswill be. It has been demonstratedthat a large proportion of plantshutdowns are the result of failuresin auxiliary equipment, rather thanin the driers themselves. The mostcommon auxiliary parts in dryinginstallations are the following:

- Sludge reception hopper- Feed pumps or screws- Mixer- Burner- Natural gas supply- Heat exchangers - Milling sieve- Sludge recirculation- Cyclone- Ventilator- Dry product cooler- Water condensation circuit- Pelletiser- Inert rendering- Control-automation- Deodorising

- Condenser- Storage silo

Thermal drying - cogenerationThe most significant expense in thethermal drying operation is the ther-mal energy required to evaporatethe water. This energy can be sup-plied through the use of biogasfrom digestion, where applicable,complemented with an externalsource (natural gas, gas oil, pro-pane, etc.).

With the aim of reducing the ope-rating costs of thermal drying,solutions involving cogenerationassociated with these dryers areconsidered.

The outline of this cogeneration isessentially as follows: a gas motoror turbine is installed, dependingon the size of the installation - thedistinguishing limit being around3 MW. The motors or turbines aregauged so that the recovery of thecalorific energy from exhaustgases and refrigeration circuits,added to the electrical output, ena-bles them to be covered by thecogenerator statute so any excessenergy can be exported to theelectric grid.

Most common schemes in thesludge line-cogenerationcombinationAs much as possible of the excessheat from the motor or turbinemust be used in order to complywith the cogenerator statute. Wit-hin a wastewater treatment plant,the most logical uses for this heatare thermal drying, the heating ofdigesters and the thermal conditio-ning of sludges prior to dehydra-tion.

Combining the possible mannersof presenting recoverable thermalenergy, depending on the coge-neration system used (motor-generator, gas turbine, steam tur-bine, combined cycle), along withthe possible application processfor this heat (thermal conditioningof sludge prior to dehydration,digesters and thermal drying),gives rise to a wide range of pos-

sible solutions.Thermal drying, the most impor-

tant application with regard to thequantity of heat, has in turn aseries of variables depending onthe type (convection, contacts andmixed), which further depends onwhether the element transportingthe heat is thermal oil or steam.

In contact drying processes,which use thermal oil, the thermaljump that can be used is approxi-mately 220°C upwards; in convec-tion processes heat can be usedfrom ambient temperature, and inmixed process it will depend of theratio of heat from contact and con-vection evaporation.

The heating of the digesters, aswell as the preheating of sludgesprior to dehydration, makes it pos-sible to use any heat that cannotbe made use of in thermal drying,especially if this is of an indirecttype. Being able to heat the diges-tion sludges means that the diges-tion biogas can be used to produ-ce electrical energy, either in thecogeneration motors themselvesmixed with natural gas, or in smallcogenerations specifically for thebiogas.

The thermal conditioning of thesludge prior to dehydration requi-res heating it to a temperature clo-se to 60°C, and experimentscarried out with centrifuges sug-gest an increase in dryness of fivepoints, which reduces the requi-red capacity of the dryer, by redu-cing the water content of the slud-ge as well as reducingpolyelectrolyte consumption.

Figures 5 and 6 (see page 104)are diagrams of two types ofdryers associated with cogenera-tion.

Economic advantages of thethermal drying-cogenerationsystem

The most salient advantage is asaving in thermal drying operatingcosts by having an excess of ther-mal energy from the motors or tur-bines at zero cost for the dryer aswell as for the two other applica-

281


tions considered (the heating ofdigesters and thermal conditioningof the sludge prior to dehydration).

The five-point increase in thedegree of dryness in dehydrationmeans that a sludge with a dry-ness of 22% now has a dryness of27%, making it possible to eitherreduce the capacity of the thermaldrying installation by 25%, or main-tain the size of installation in orderto offer services to outside plantsof up to 25% of its capacity. Thisresults in reductions in the level ofinvestment necessary for the cons-truction of a thermal dryer, if optingto reduce the size of installation, orgiving service to more plants, if thesecond alternative is chosen.

The main economic advantagelies in the revenue obtained fromthe sale of electrical energy produ-ced, under the cogenerator statu-te, allowing an operating marginthat makes a return on investmentin the short term viable. Hence,this type of installation is highlyattractive.

With regard to the use of heat inthe digesters, this makes it possi-ble to assign all the biogas gene-rated to the production of electri-cal energy, with the resultingincrease in the production of elec-trical energy that could be genera-ted in the specific use of this bio-gas.

All these advantages mean thatthe thermal drying-cogenerationcombination is a highly attractivesolution, both economically andenvironmentally, making it compe-titive with more habitual and con-ventional sludge lines. In recentyears there has been a significantgrowth in the number of wastewa-ter treatment plants where thesludge line incorporates thermaldrying installations, generally asso-ciated with cogeneration installa-tions.

Sludge recovery. «Zero waste»Through the use of this thermaldrying process, it is possible toconsider the concept of zero was-te, understood as the total trans-

formation of the sludge by-productinto a valuable resource for subse-quent use (in agriculture, energyrecovery or a raw material forconstruction).

The table below indicates thedigestion and thermal drying pro-cesses, the products of these pro-cesses and their possible applica-tions (see table 1 in page 105).

Economic viabilityIn order for the application of thethermal drying technology to beviable, certain minimum capacitiesare required, which are in theregion of @ 50,000 m3/day, or, pre-ferably, they should be designed toserve a group of plants that aregeographically fairly close, andwhich jointly exceed the aforemen-tioned capacity.

The parameters that have thegreatest effect on the economicviability of thermal drying associa-ted with cogeneration are:

- Price of the sale of electricity- Price of natural gas- Electrical output of the motor-

generator- Size of the installation- Moisture in the sludge- Organic material content- Landfill feesThe sensitivity of each of these

factors is highly variable, and theeconomic influence must be analy-sed for each case; this in turn isconditioned by the values that areadopted for the remaining para-meters.

A future alternativeThe future trend, which is alreadybeing introduced, is towardsextending conventional sludgelines by adding a new thermaldrying process, at the same timeas introducing new elements (pre-heating of sludges before dehy-dration, cogeneration installationsrunning on natural gas, etc).

The upshot of this is that sludgetreatment lines require increasinglymore experienced personnel andexperts in innovative processes,principally linked to energy issues.

Knowing how to make use of theopportunities arising from theenergy value of sludges leads tosubstantially reducing operatingcosts at the same time as findinga solution for the final destination ofsludges.

Thanks to the recovery of the finalproduct by transforming it into auseful resource, with a number ofhighly different uses (agriculture,fuel, raw material for construction,etc), these processes make it pos-sible to reach the goal of zero was-te.

In general, energy recovery pro-cesses will become more promi-nent as the alternatives of landfilland use on the soil become morerestrictive, due to legal require-ments and the costs associatedwith them. This is already true in anumber of countries in Europe,where products destined for land-fill must have a degree of dryness> 35%, and an organic materialcontent < 5%. The regulation ofagricultural use is increasingly res-trictive - on the one hand, in termsof which type of land sludges canbe used on, physical factors (dis-tance from rivers, towns, gradient,level of groundwater, etc.) and che-mical factors (limits on heavymetals and halogenated com-pounds); and on the other hand, interms of the composition of thesludge and the treatment to whichit has been subjected.

Thermal drying installations usetried and tested technology, theyare economically viable, and theyrecover sludges by transformingthem into a useful resource forsubsequent use, making it possi-ble to resolve the problem of thefinal destination for wastewater tre-atment plant sludges in an envi-ronmentally friendly way. A suitableresponse to the question of whatto do with sludges.

282


The gasification ofWWTP sludgeXavier EliasDirector of the Catalan Subpro-ducts Exchange

SummaryThis article refers to ways of mana-ging WWTP sludge, as a conse-quence of the directives on thelimitation of dumping biowaste intips and the constant increases inthe prices of fossil fuels.

The article is divided into twoparts. The first begins with ourphysical and chemical knowledgeof the nature of sludge. We alsocomment on the various energyconversion systems and specialmention is made of gasification asthe most appropriate system forenergy recovery from sludge. Thesecond part presents practicalexamples and the different con-clusions that can be drawn.

1. IntroductionThe sludge from wastewater treat-ment plants (WWTP) is producedby the treatment of wastewaterfrom various sources until it meetsthe conditions for release into thepublic hydraulic domain set bycurrent legislation. The solid frac-tion and a good part of the solublecontained in the water will go on toform part of the sludge. This meansthat the sludge contains a largequantity of water. As transport toand management of landfill sitesare becoming increasingly compli-cated and, moreover, this mana-gement method is being progres-sively banned in accordance withDirective 1999/31/EC, which dealswith the tipping of waste (as of16/7/2006 only 75% of the biode-gradable fraction produced in 1995could be dumped and the quantitywill have to be reduced to 50% in2009, and only 35% in 2016), themost logical action would seem tobe to reduce, in the first stage, thewater content of the sludge. Thesecond stage, which is what thispresentation deals with, consistsin assessing various energy con-

version systems, in particular gasi-fication.

From the environmental point ofview, the purification of the watertransfers the pollutants to theresulting sludge, so that the wateris clean, but the problem is still the-re in the sludge (there are someresearchers, such as Davis, whosuggest that between 10% and30% of the metals remain in thepurified water). Traditional methodsfor the elimination of sludge, suchas agricultural use, whether tippeddirectly on the land or indirectlythrough the manufacture of com-post, have been severely restrictedby the publication of the Directive86/728/EEC, on the use of sludgefrom water treatment in agricultu-re (transposed as Royal Decree1310/1990).

The first option for reducing itsimpact has consisted in drying thesludge to a dryness of 90% (at theWWTP outlet, it is usually 23%dryness), which allows a conside-rable reduction in the quantity ofwaste that has to be transportedto the landfill site. Nevertheless,this operation is expensive and theuse of cogeneration to help finan-cially with this kind of manage-ment has proved to be inefficient.New ways must be sought forrecovery, more in line with theenvironmental directives thatcome from Brussels. One of the-se ways is, in fact, gasification.

Because of its content of organicand inorganic materials, WWTPsludge presents a complicatedseries of problems when it under-goes a process of energy conver-sion.

1.1. WWTP sludge treatmentsystemsBy way of introduction, figure 1(see page 110) shows various tre-atments commonly applied to themanagement of WWTP sludge.

The solid fraction and a large partof the pollutants present in the tre-ated water are separated out asresidual sludge. There is so muchthat it may lead us to think that it

is the main problem for the mana-gement of WWTP nowadays.

Even though the following sec-tions contain a description of eachof the sludge treatments, it will beuseful to make some preliminarycomments here:

- The trend in the United Statesand the European Union is to carryout pre-treatment before tippingor soil application, which is not yetdone in Spain, at least not on alarge scale.

- Composting is becoming incre-asingly controversial and cannotbe done with all kinds of sludge.

- All the thermal systems are infact pre-treatments.

- Hardly anywhere in the EU iscogeneration used to help in thethermal drying of sludge.

WWTP sludge is made up of77% water, 10-11% inorganicmaterial and 12-13% organicmaterial, as a result of a series oftreatment stages that the wastewater passes through. It containsbiowaste, elements with agricultu-ral value such as nitrogen, phosp-horus, potassium and, to a lesserdegree, calcium, sulfur and mag-nesium, and also pollutants, mainlyheavy metals, persistent organicpollutants and pathogenic micro-organisms (see table 1 in page111). The characteristics of a slud-ge are the consequence of thepollutant load of the water at inputto the WWTP and of the technicalcharacteristics of the process thatthe water is subjected to.

Two types of sludge can be dis-tinguished:

- Primary sludge: this is producedby the physicochemical treatmentof the input water in the primarytreatment of the WWTP.

- Secondary sludge: this comesfrom the biological treatment of theWWTP (purges of activated slud-ge) and from the tertiary treatment(clarification of the water).

The two types are normally mixedfor anaerobic digestion treatmentin the WWTP or simply to dehydra-te them mechanically.

The waste from the preliminary

283


treatment of the water is not mixedwith the sludge as it consists ofthe particles and fats that are retai-ned in the filters, the detritus tanksand the flotation waste (plasticremains, sand, objects floating inthe water).

The pollutant compounds usuallyfound in sludge are:

- Potentially toxic items: heavymetals such as cadmium, chro-mium (tetravalent and hexavalent),copper, mercury, nickel, lead andzinc; substances originating fromdomestic chemical products; inputfrom industrial activities, etc.

- Organic pollutants: polyaromatichydrocarbons (PAH), PCB, phthala-tes, benzene derivatives, dioxinsand furans. Some of these com-pounds are easily degradable in thepurification process of the water,while others are persistent and endup forming part of the sludge.

Other relevant components, butwith long-term consequences thathave not been studied extensively,are arsenic, selenium and silver,which, together with endocrinedisruptor substances (those thatinterfere with the endocrine sys-tem because of their similarity tonatural hormones), originate fromconsumer pharmaceutical pro-ducts.

2. Energy conversion systemsThere are many energy conversionsystems that are used in the reco-very of waste. The objective of all ofthem consists in breaking the longpolymer chains, (which, in the caseof combustible waste, are usuallythe same as the pollutant mate-rials) in order to eliminate toxicityand recover the heat that they con-tain. From the point of view of thefundamental operations of physics,these processes can be reduced toa list of four, depending on theagent responsible for breaking thebond:

- In the best known, high-tempe-rature oxidation, the heat genera-ted by the reaction breaks the longmolecular chains and excites theatoms until they combine with the

oxygen. There are reactions atmedium and low temperature, par-tial reactions (such as gasification),catalytic reactions, etc.

- Pyrolysis could be consideredas a particular case of the above,as the mechanism responsible forbreaking the bonds is heat, butwithout the presence of oxygenand this makes it necessary tosupply external heat to run the pro-cess.

- In hydrolysis, the agent respon-sible is water. With the help of heat,the pH or kinetic energy a recom-bination of substances takes pla-ce.

- In radiolysis, as with photoly-sis, energy originating from radia-tion is responsible for breaking thebonds.

This article will only deal withgasification, although to set theproblem in its context there will bea short consideration of the othersystems. Figure 2 (see page 113)shows an outline of the variousenergy conversion processes. Thedegradation of the biowaste is fas-ter or slower depending on theparameters that are involved. Thisis what this figure is intended toshow:

- Aerobic and anaerobic fermen-tations, which are those that takeplace in the landfill sites. It isobvious that a part of the biowas-te, such as paper, is not degrada-ble and can take years to be trans-formed. Other substances, suchas plastics, can take even longer.This means that the option of tip-ping is the least favourable for therate of energy conversion. Fromthe environmental point of view,apart from the pollution generatedby leaching and the greenhouseeffect produced by the biogas, it isvery important that the methanegenerated (50% in volume of thistype of gas) is emitted directly tothe atmosphere. Bearing in mindthat the CH4 molecule has an infra-red absorption capacity 21 timesthat of CO2, the contribution to thegreenhouse effect is substantial.This is one of the reasons why its

treatment (oxidation) is compulsoryin existing landfill sites. This groupalso includes the manufacture ofcompost.

- Anaerobic fermentation. Theaim is the controlled production ofbiogas. This biogas is much richerthan that which comes from land-fill sites and can reach 70% CH4.Unlike the previous case, whenbiogas is oxidised it is reduced toCO2 and H2O. From the point ofview of the rate of energy return,these processes are slow.

- Pyrolysis. The agent that trig-gers the reaction is the temperatu-re. The gas obtained is very rich interms of LHV. However, it is anendothermic process and a partof the energy is spent in the pro-cess. On the other hand, it produ-ces a quantity of coke whichmeans that incineration or co-inci-neration will be required for its eli-mination.

- Gasification. This is a partialcombustion of the material in adeficit of oxygen giving rise to acombustible gas, synthesis gas, oflow heating value.

- Incineration or combustion inexcess of oxygen. This is the fas-test method of energy conversionand the end products are only CO2

and H2O.If the aim is to recover the chemi-

cal energy contained in the orga-nic waste, this liberation must bedone at a certain speed for it tohave industrial application. Conti-nuing with the example proposedfor the biomass, a unit of sludgedeposited in a landfill site will betransformed into biogas overyears, and not 100%, while in inci-neration, the process will be ins-tantaneous.

It must be made very clear thatthe final objective of energy con-version is to reduce the biowaste toCO2 and H2O. Thermochemicalsystems do so at high temperatu-re, directly in the case of incinera-tion, or in two stages, as in the caseof gasification and pyrolysis, whe-re, once the synthesis gas has beenobtained, it must be oxidised.

284


Figure 3 (see page 114) showsthe presence of new compoundsgenerated by combustion and bypyrolysis of WWTP sludge.

It is obvious that the sludge didnot contain any of the aromatichydrocarbides before entering thethermal process. In spite of that,both pyrolysis and incineration(and the same would happen withgasification) have generated hazar-dous compounds that will have tobe degraded and oxidised in thepostcombustion chamber.

Finally, we must mention the pre-sence of copper, a very commonelement in WWTP sludge, which,together with a relatively low tem-perature of the gases coming outof the boiler, can give rise to theformation of organochlorates. Forthat reason, active carbon mustbe injected for the adsorption ofthese substances and of the aro-matic hydrocarbides that have notbeen destroyed.

2.1. GasificationGasification is a thermal processthat uses partial oxidation at hightemperature to convert a combus-tible or waste material into a gas ofmoderate heating value.

Combustion, whether in deficit orin excess of air, is a reaction in agaseous state. The aim of gasifica-tion is to convert the solid combus-tible substances into gaseousones.

The resultant gases are easilytransformable into energy by con-ventional systems. The purificationand cleaning of the gases areessential for their later use. IfWWTP sludge is used, the treat-ment of gases after energy reco-very is essential.

The main stages in the gasifica-tion process, as shown in figure 4(see page 115) , are:

- Drying: evaporation of the humi-dity contained in the sludge.

- Cracking: thermal degradationin the absence of oxygen.

- Gasification: partial oxidation ofthe pyrolysis products.

The gas that is obtained, called

synthesis gas, has a moderateLHV, especially if the gasifyingagent has been air. Nevertheless,it can be oxidised perfectly in anoxidation chamber and recoveredin a steam boiler, or cooled and,once purified, recovered in aninternal combustion engine.

2.2. PyrolysisPyrolysis is a thermal treatment inthe absence of air of an organiccompound to convert it into othermaterials that are easier to treat.So, as with gasification, it is not afinal treatment but an intermedia-te stage. A good example is thepyrolysis of old tyres. The solidwaste is transformed according tothe temperature level into a gase-ous fraction, a liquid one (vapour atthis temperature) and one which issolid (coke).

The gaseous fraction resultingfrom the process consists of hydro-gen, carbon monoxide, ethane andethylene, though its quantitativecomposition varies greatly depen-ding on the operating temperature.Moreover, the percentage of met-hane is highly dependent on thehumidity content of the original bio-mass. The heating value of thepyrolysis gas, much greater thanthat of the synthesis gas from thegasification, varies between 3.8and 15.9 MJ/m3. These values canbe increased up to 16.7-20.9MJ/m3 by means of a processvariant called flash pyrolysis, whichconsists in suddenly raising thetemperature of the biomass (some1,000°C in a second) so that totalpyrolysis is achieved; this drasti-cally reduces the formation of tarsand improves the yield of the gas.

As a general rule, and similarly towhat happens with gasification,the WWTP sludge is decomposedthermally into three fractions whichcorrespond to the followinggroups:

- The first fraction corresponds tothe biodegradable part (which alsoincludes the volatile compounds).

- The second fraction, which isthe largest, corresponds to orga-

nic macromolecules (cellulose,polysaccharides, fats and proteins)present in the original sludge ororiginating from the micro-orga-nisms responsible for the aerobicand anaerobic digestion.

- Finally, the third fraction repre-sents material that is not biode-gradable or that is hard to biode-grade.

To complete this short synthesis,it must be mentioned that pyroly-sis is sensitive to the presence ofinorganic salts, which are alwayspresent in sludge. It is for that rea-son that gasification seems to bethe best option.

2.3. IncinerationCombustion is defined as a rapidoxidation of the combustible mate-rial which gives off heat. In otherwords, it is necessary first of all forthe waste which is to be oxidisedto have at least one of the onlythree elements that can combinewith oxygen to produce heat: car-bon, hydrogen and sulfur.

Solid and liquid combustibleshave to pass through a prior pha-se of gasification for them to giveoff the volatiles. Combustion reac-tions almost always take place inthe gaseous phase (homogene-ous reactions). There are heteroge-neous reactions (solid-gas) thathave much more complicatedkinetics and are, from the envi-ronmental point of view, muchmore controversial.

Another indispensable factor isthe thorough and appropriatemixing of the fuel (the volatiles) andthe comburent, which is usually air.Then, when the mix is right, ignitionmust occur. As of this moment,the heat generated makes it pos-sible to maintain a temperaturelevel that ensures the continuity ofthe reaction.

Combustion reactions can takeplace with the right amount of air(stechiometric reaction), withexcess air, in which case oxygen isamong the gases produced by thecombustion (typical in the case ofincineration), or with a deficit of air,

285


in which case a large quantity ofunburned substances is detectedin the combustion gases (as hap-pens with gasification).

This technology is, by far, themost widely used in the energyconversion of waste, includingWWTP sludge.

3. Nature of WWTP sludgeIn the case of urban wastewater,WWTP are designed for a rate of90 g DM/person/day, that is to say,90 grams of dry matter in suspen-sion per inhabitant per day. Thisfigure is equivalent to 0.36 kg/per-son/day in the form of sludge at75% humidity. If, moreover, wetake industrial water into account,after it has been pre-treated, whichalso ends up in the WWTP, andthe addition of stabilisers, the totalquantity of sludge approaches 0.9kg/person/day, which shows thescale of the problem.

From the environmental point ofview, it is necessary to add theproblem of the presence of hazar-dous pollutants, both organic andinorganic, which means that forsludge generated in large metro-politan areas surrounded by facto-ries there is no form of treatmentother than energy recovery.

Figure 5 (see page 117) shows,in thousands of tonnes/year, themanagement of sludge in Spainaccording to figures from the Euro-pean Environment Agency.

It can be seen from the abovefigure that the largest proportiongoes to recycling. This includesdirect tipping on the soil (the com-monest method) and the manufac-ture of compost, whereas incinera-tion, which must be considered asa recovery option if energy is pro-duced, is classified separately andoccupies the last position, evenbehind uncontrolled tipping.

As for post-treatment systems,according to figures from the Euro-pean Commission, in 2003 thequantity of WWTP sludge incinera-ted in various EU countries was asshown in figure 6 (see page 118).

In the case of Catalonia there are,

at the moment, no gasification orincineration plants.

3.1. Nature of WWTP sludgesent for post-treatmentAt the outlets of the thermal dryingplants an analysis is made of theagronomic parameters to assessthe possibility of agricultural reco-very for the sludge. Table 2 (seepage 118) shows the relevantanalyses for agricultural applica-tions of some of the sludge fromthe thermal drying plants in Cata-lonia.

It must be stressed that becauseof the quantity of biowaste andother nutrients (fertilisers), thesesludges would be suitable for agri-cultural application. Nevertheless,the quantities of pollutants notincluded in the table make this kindof application inviable. The sludgefrom thermal drying plants usuallycontains between 8-15% humidity.The structure of the biowaste con-ditions the drying, while the natureof the inorganic fraction determi-nes the possibilities and systemsfor recovery.

Inorganic materials are easier todry since the capillary network isvery primitive and water can easilyflow to the surface (for this reasonthe quantity of water contained isnot usually very great). In organic,and in particular hygroscopic, mate-rials such as WWTP sludge, thecapillary network is very extensiveand the water is very hard toextract, as it is held back by adsorp-tion and/or osmotic forces, so thatthese materials tend to retain muchmore water than inorganic ones.

From the energy conversion pointof view, the characteristics of thesludge are expressed in terms of:micro-organisms, lignocelluloses,fats, etc. The micro-organisms area mix of proteins, carbohydratesand lipids which, obviously, alsoinclude a large number of patho-gens, although the sludge fromthermal drying is well stabilised.

There is an infinity of kinds ofWWTP sludge and a wide varietyof treatment systems, which trans-

lates into the fact that the charac-teristics of the sludge are highlyvariable, as can be seen in table 3(see page 119).

Table 3 clearly shows that thereis an inorganic part (called ash)when the thermal treatment is finis-hed and another which is organic.

3.1.1. The stabilisation of WWTPSLUDGEStabilisation is a compulsory pro-cess in WWTP sludge, in accor-dance with Directive 91/271/CEE,which aims to reduce the dangerfrom some pathogenic germs andto reduce the likelihood of fermen-tation in the biowaste present.

From the point of view of post-treatments, the main problemduring the handling processes isthe odour (because of the VOCs).Some stabilisation processesreduce or eliminate the odours.The most common are:

- Biological processes, such asanaerobic digestion. They reducethe volatile content and thus elimi-nate odours.

- Chemical processes. In princi-ple this consists in creating amedium that is inhospitable formicro-organisms because there isa very alkaline pH (above 11). Thereagent most commonly used iscalcium, either quick or slaked. Inpractice it doesn’t eliminate theodours.

- Thermal processes: pasteuri-sation and thermal drying. The lat-ter is the most used. It conside-rably reduces the odour, basicallybecause, as it eliminates the waterand keeps the sludge at more than70 °C, it kills most of the germs.

3.1.2. Chemical analysis of WWTPsludge

There are countless chemicalanalyses of sludge. Table 4 (seepage 120) shows a typical analy-sis of sludge from an urban-indus-trial area, of which there are manyin Catalonia.

Table 5 (see page 120) showsthe elements present in variousWWTP sludges.

286


Other very common elements insludge are Si, Al, Fe, P, Ca and K,all in the form of oxides and somein the form of salts.

3.1.3. Mineralogical analyses ofWWTP sludgeAs figure 7 (see page 121) shows,X-ray diffraction analysis identifiesthe various minerals present in thesample, in this case of WWTPsludge (physical-chemical).

The diffractogram in figure 7shows the presence of quartz(SiO2), of sodium sulfate and of cal-cite. The diffractogram makes itpossible to see, by means of theheight and the distribution of thepeaks, the types of minerals thatare in the sample. The well-definedand regularly-spaced peaks of thegoniometer show that the typespresent (especially quartz and cal-cite) are well crystallised. The cur-ve base line (not flat) is fairly hori-zontal, which denotes that in thesample there is hardly any amorp-hous inorganic phase.

4. Gasification of WWTPsludgeIn organic and hygroscopic mate-rials, such as WWTP sludge, thecapillary network is very extensiveand the water is hard to extract, asit is held back by strong adsorptionforces. This makes it necessary toperform the process at a certaintemperature, which implies highenergy consumption.

When it leaves the thermal dryingplants, the sludge contains betwe-en 8 and 15% of humidity. Thestructure of the biowaste condi-tions the drying, while the nature ofthe inorganic fraction determinesthe recovery possibilities and thesystems that can be used.

Directive 1999/31/EC mentionedabove attaches importance to thevarious pre-treatments before tip-ping, in the case of sludge:

- Logically, thermal drying shouldnot be called energy recovery, asthe evaporation process takes pla-ce with a fossil fuel and, up to now,

the resulting material is depositedin the landfill site. In the EU thermaldrying is not called energy recoverybut pre-treatment.

- In other parts of the world aprior immobilisation treatment isrequired.

Thermal drying is an expensiveprocess and in Spain, in order tomitigate the cost, recourse hasbeen had to cogeneration, which isdefined as the simultaneous pro-duction of electricity and heat. Infact, what this really produces,whether using motors or gas turbi-nes, is mechanical energy, which,by means of an alternator, is con-verted into electricity and, simulta-neously, generates a thermalenergy surplus in the form of a flowof hot gases which is generallyused for drying the sludge.

The systems known as head endcogeneration are the piston engi-ne and the gas turbine. The pistonengine variant is the one mostwidely used for drying the sludge,though it will not be described inthis article. Nevertheless, it is worthmentioning that:

- If the price of natural gas is lowand the sale price of electricity ishigh, cogeneration will be a busi-ness in itself.

- If the aim is to sell electricity,the absurd conclusion could bereached that the most inefficientdrying system is the most profita-ble, as it would favour a very effi-cient motor with the lowest energylosses in the form of hot gases,which is precisely the heat neces-sary for drying.

Currently, while the sale price ofelectricity is stabilising, the cost ofnatural gas is following an upwardtrend. So, as long as the cost dif-ferential of purchasing natural gasand of selling electricity remainssignificant, the cogeneration plantswill be economically viable.

In the case of incineration, firstthe hot gas is produced (heatgenerated in the combustion andextracted in the form of gases),then steam and, finally, electricity.For that reason, this system is

called tail end cogeneration. Thecycle applied to the drying of slud-ge should be: incineration of thesludge and, with the heat that isgenerated, proceeding to dry thesame sludge.

We draw attention to thesepoints, as they serve as a frame-work to justify energy conversionsystems, in particular gasification.Figure 8 (see page 122) showsthe operational principle of ther-mal drying of WWTP sludge. Theheat is supplied by the combustionof natural gas in a conventionalboiler (for practical purposes, thecase would be the same if the heatcame from cogeneration with amotor).

4.1. Drying and gasificationDrying from gasification differs fromthe above in that the energy is notproduced by a fossil fuel (whetherdirectly, as in the case of figure 8,or indirectly, with cogeneration),but is extracted from the sludgeitself by means of gasification.

This process is a form of energyrecovery, as it takes advantage ofthe combustible nature of the was-te (sludge). We should refer toenergy recovery when heat is rele-ased from the fuel, whether in inci-neration, in gasification, in thecement factory, in a thermo-elec-trical power station or similar faci-lity.

The gasification process uses par-tial oxidation at high temperature toconvert a generally solid organicraw material into a gas of modera-te heating value (synthesis gas).This is usually done with 25-30% ofthe oxygen necessary to producecomplete oxidation. This characte-ristic differentiates gasification fromother thermochemical processes,such as combustion, which con-sists of a complete oxidation withexcess of air, or pyrolysis, known asa thermal decomposition in theabsence of oxygen.

The synthesis gas can be trans-formed and used later more fle-xibly: as a raw material in chemicalprocesses or as fuel in boilers,

287


engines, turbines or fuel cells.Combustion, whether with excessor deficit of air, is a reaction in agaseous state, which demonstra-tes the importance of gasificationas a previous stage in treatment.Generally, the purification and cle-aning of gases is necessary fortheir subsequent use.

For WWTP sludge, most gasifica-tion reactors in service are of theboiling bed type. In this case thefollowing aspects must be consi-dered:

- Humidity of the sludge. Mosttreatment systems opt for the useof sludge with a humidity of 50%.

- Inorganic material. A large partof this fraction has a melting pointclose to 1,000 °C, which meansthat the temperature of the reactormust be kept within certain limits.

Gasification is a highly efficienttechnique in terms of energy. Itreduces the volume of solid wasteand recovers energy from it, makingit a very suitable alternative in themid to long term for obtainingenergy in the framework of sustai-nable development. (see figure 9in page 124)

Compared with combustion sys-tems, gasification is a technology ofgreater efficiency and less environ-mental impact. It is evident that thesystem does not need fossil fueland that the quantity of materialthat would be taken to the landfillsite is much less than in the pre-vious case, as all the residual humi-dity and the biowaste are evacua-ted with the gases. Moreover, asthe sludge has to enter the gasifierwith a lower degree of humidity, thedrying installation will be smaller insize.

4.2. Possible uses of gasresulting from gasificationThe gas produced by from gasifi-cation is of moderate heating value(synthesis gas or syngas) made upof combustible gases (H2, CO,CH4, C2H6, etc.) and, naturally, alsotypical gases of combustion.

The synthesis gas can be recove-red in several ways:

- Directly in a boiler, for which itmust first pass through an oxida-tion and postcombustion cham-ber. This seems to be the mostwidespread practice. In electricitygeneration, in the Rankine cycle,the steps must be the same.

- In a cogeneration motor or in agas turbine. In the former case,the gases must be cooled downagain to 45 °C. This produces anumber of technical problems andthe final yield achieved does notdiffer greatly from that of the Ran-kine cycle with boiler and steamturbine. In the case of the gas tur-bine, the problem is rather diffe-rent. The synthesis gas is com-busted (oxidised) in the turbine atthe output temperature of thereactor, with no need to cool it.This system seems to be the futu-re for effective recovery of synthe-sis gas. Work is currently takingplace on developing turbinescapable of maintaining theirmechanical performance, bearingin mind that the gas enters the tur-bine without any prior purification.

- Process combustion. This is agood option when there are pro-cess ovens capable of using thisgas, at the temperature at which itleaves the reactor, around the gasi-fication plant.

The expression conditioning ofgases is seen in figure 10 (seepage 125) and admits differentinterpretations according to thefinal application of the gas. Fromthe point of view of the washing ofgases, in gasification the followingapplications must be distinguis-hed:

- If the system used is the oxida-tion of the synthesis gas in a reco-very boiler and the energy recoveryis used for pre-drying the sludge,the gases need treatment after theboiler and before their emission.

- If the purpose of the synthesisgas is its recovery in a thermalmachine (or in a fuel cell), the gasmust first undergo a very criticalwashing phase, but afterwards itwill not require any more treatment.

5. Suitability of the differentmodelsIn the case of energy recovery fromWWTP sludge, the quantity ofwater present is a factor that deter-mines the use of the variousenergy conversion systems, asoutlined in figure 2:

- Thermochemical systems (inci-neration, gasification). These aresuitable for treating sludge with adryness of more than 50%, as alower dryness percentage meansthat the process will hardly beautothermal. Most systems accepta certain degree of humidity: inci-neration because it does not heatthe grills very much and gasifica-tion because it avoids a sharp tem-perature increase in the bed. In thecase of boiling bed incineration,lower drynesses (dehydrated slud-ge) are admissible, as it must beensured that the higher specifictemperature produced does notmelt the aggregate bed.

- Biochemical systems (anaero-bic digestion). Advisable for slud-ge with a percentage of drynessbelow 50%, as water is necessaryto develop reactions of this kind.

A number of conclusions can bedrawn from the above comments:

- To apply thermochemical sys-tems (especially gasification), thedehydrated sludge must be sub-jected to a pre-drying phase,though it is not necessary to reach60% dryness.

- Thermochemical systems needprior energy for the drying, but theyreturn it quickly and cheaply.

- To apply biochemical systems,the humidity of the sludge must behigh.

- Anaerobic digestion needs littleenergy to heat the reactor, but italso returns little. In this case, theinvestment per kW generated isvery high.

The energy conversion systemmust be adapted to the type ofwaste to be treated, and the inor-ganic fraction resulting from thethermal processes is of particularimportance. Sometimes the was-te is compatible with the same

288


industry, as is the case of the slud-ge that comes from the paperindustry; if it is hazardous, it can bevitrified and transformed into aninert product or deposited in a sui-table landfill site. The inert wastecan be used as rubble for embank-ments.

5.1. Differences betweengasification and incinerationTo establish the principles that dif-ferentiate one process from theother, particularly in the case ofsludge from treatment plants, it isappropriate to mention the beha-viour of cellulose, a compound thatis always present in WWTP sludgeand with the theoretical chemicalformula C6H10O

5. When celluloseundergoes a process of incinera-tion, the result is the following:C6H10O

5 + 6 O2 Æ 6CO2 + 5H2OIn the incineration process, the

material passes through interme-diate stages of volatilisation andgasification before combining withthe oxygen. Moreover, the sharpincrease in temperature causes dif-ferent undesirable side-effects:

Formation of nitrogen oxides(NOx) of thermal origin, indepen-dently of the quantity of nitrogenpresent in the fuel.

Partial or total melting of the inor-ganic fraction present, especially ifthere are alkaline and alkaline earthcomponents.

Gasification works in a comple-tely different way. To go back tothe initial example of cellulose, thegasification reaction would give thefollowing equation:

C6H10O5 + O2 Æ 5CO + CO2 +5H2

When a lower quantity of oxygenthan the stechiometric is addedcombustible gases (CO, H2 andhydrocarbons) are obtained asreaction products.

To sum up, the differences bet-ween gasification and incinerationcan be set out in the followingterms:

-Incineration is an energy con-version process in a single stage,in which all the chemical energy is

transferred to the combustiongases. This leads to significantthermal and environmental conse-quences, as unburnt, unoxidisedproducts are generated.

- The gasification process takesplace in three stages: primary oxi-dation, production of the synthesisgas and oxidation of the synthesisgas.

6. Gasification and drying ofsludge. Notion of energysustainabilityFrom the strictly energy point ofview, it could be said that a prac-tice with energy implications is sus-tainable when it consumes amoderate quantity of energywhich, above all, does not endan-ger the energy supply for futuregenerations. This is true if the ther-mal processing of waste can becarried out with the energy contai-ned in the waste itself. The thermaltreatment of sludge from waste-water treatment plants is a goodexample.

Up to now the fastest solution forthe treatment of sludge has beento dry the sludge to 90% at theoutlet of the dehydration plant. Thishas made it possible to significantlyreduce the volume of sludge trans-ported to the landfill site, althoughthis option is expensive and thecogeneration used as a financialsupport of its overall managementhas proved to be inefficient. Forthis reason new systems must besought for recovery of the ther-mally dried sludge in line with envi-ronmental directives.

The energy recovery of treatmentplant sludge can supply the energynecessary for drying. The gasifica-tion of WWTP sludge is shown infigure 11 (see page 127), where itcan be seen how the heat genera-ted in the process is used to drythe damp sludge.

Gasification is a technology thatmakes it possible to convert theenergy contained in the sludge intochemical energy contained in agas (synthesis gas) that can beused flexibly. If the aim is to elimi-

nate the sludge, the following sta-ges must be applied in the pro-cess:

- Generate the synthesis gasfrom the sludge itself, partiallydried. The gas oxidises and thetreatment stages set out in RoyalDecree 653/2003, relating to thepostcombustion chamber, mustbe followed. On leaving this cham-ber, the gas will contain only CO2,H2O, acid gases, metals and par-ticles in suspension.

- Recover the sensitive heat fromthe gas in a boiler, producing ste-am or thermal oil for the partialdrying of the sludge. This closesthe energy cycle and no externalenergy is used to dry the WWTPsludge.

The only waste generated is dust,which comes from the sleeve filter,the final stage of gas washing. Inthe case of the WWTP sludge, thisquantity is very high, as it containsa large quantity of inorganic mate-rial. Independently of the nature ofthe waste, vitrification makes itpossible to transform hazardouswaste into building materials,complying with the principle of zerowaste.

6.1. Secondary repercussions.CO2 emissionsThe recommended model forpost-treatment of sludge (gasifica-tion with drying and tipping) hasanother positive repercussion incomparison with the current modeland this is connected with the con-sumption of fossil fuel and theemission of greenhouse gases.

Carbon dioxide emissions inSpain between 1990 and 2004rose by 51.3% from 228.4 milliontonnes in 1990 (base year) to345.7 million tonnes in 2004. Theenergy recovery of WWTP sludgegenerates neutral CO2 and thusdoes not contribute to the green-house effect.

7. ConclusionsThe government, which has finalresponsibility for the proper mana-

289


gement of WWTP sludge, shouldbe backing new ways of sludgemanagement which, as well asbeing environmentally-friendly,would not involve heavy expendi-ture. The solution offered in thisarticle is in line with this.

7.1. Technical conclusionsThe generation of WWTP sludgefrom urban treatment plants, or inareas affected by industrial estates,implies a final sludge quality that isincompatible with its traditionalmanagement.

The disposal of the sludge in land-fill sites is being phased out in linewith Directive 1999/31/CE on thetipping of waste. So the only pos-sibilities for WWTP sludge areenergy conversion solutions suchas those that have been set out,which are, moreover, those pro-moted by the most developednations of the EU.

The system of thermal drying,whether direct or with cogenera-tion, and tipping has an uncertainfuture because of rising gas pri-ces.

7.2. Environmental conclusionsThe gasification of WWTP sludgemust be considered as a systemthat is sustainable in energy termsas it needs no external fuel for itsoperation.

The gasification operation elimi-nates a large part of the solidmaterial making it much better fordisposal in landfill sites comparedwith thermal drying.It is also pos-sible to achieve a zero wastemodel by vitrifying the ash andtransforming it into building mate-rial.

Finally, as no fossil fuel is used, itis a clean process and is not sub-ject to the limitations of the KyotoProtocol.

7.3. Financial conclusionsThe proposed sludge manage-ment system of gasification anddrying the sludge, then renderingthe ash inert before taking it tolandfill is by far the most interesting

option from the financial point ofview.

Bibliography

ANTAL, M. J.; VARHEGYI, G. «Cellu-lose pyrolysis kinetics: The currentstate of knowledge». Ind. Eng.Chem. Res. 1995BRIDGWATER, A. V. Engineeringdevelopments in flash pyrolysistechnology. Proceedings of con-ference on bio-oil production andutilisation (24-26 September1994). Estes Park, CO., USA:NREL, 1995. Demonstration projects. Assess-ment of incineration of industrialwastes. EUR 14136 en. Ed. Com-mission of the European Commu-nities. ISBN 92-826-3855-3.ELÍAS, X. (1994). «Materiales cerá-micos para la construcción fabri-cados con lodos de estacionesdepuradoras: Ecobricks». Libro deconferencias. Conferència anualATEGRUS 1994, Madrid, June1994, p. 89-101.— Curso sobre incineración deresiduos sólidos, líquidos y hospi-talarios. Mexico City (2002).— Reciclaje de residuos industria-les. Madrid: Díaz de Santos, 2000.— «Secado y tratamiento de fan-gos de edar». Tecnología del Agua[Elsilever], July 2002.— Tratamiento y conversión ener-gética de residuos. Madrid: Díazde Santos, 2004.FORESTER, William S. Waste minimi-zation and clean technology: was-te management strategies for thefuture. Ed. Academic Press. ISBN0-12-509175-8FULLANA, A. (2001). Pirólisis y com-bustión de neumáticos usados ylodos de depuradora. University ofAlicante. [Doctoral Thesis]Exporecycling’98. «Nuevas vías devalorización de fangos». II ForumAmbiental. Borsa de Subproduc-tes de Catalunya, 1998.MEIER, D.; PEACOCKE, G. V. C.; OAS-MAA, A. Properties of fast pyrolysisliquids: status of test methods. P.391-408, DEVELOPMENTS INTHERMOCHEMICAL BIOMASS

CONVERSION, Bridgwater, AVand Boocock, DGB (Eds.) (Blackie1997).PORTER, Richard. Energy savingsby waste recycling. Ed. Elsevier.ISBN 0-85334-353-5.WAGNER, Travis P. The hazardouswaste Q & A. Ed. Van NostrandReinhold. ISBN 0-442-01331-0.WHITING, K. J. The market forpyrolysis & gasification of waste inEurope. Technology & BusinessReview. Juniper Consultancy Ser-vices, 1997.

290


The experience ofBasoinsa SL in the reuseof WWTP sludge in theself-governingcommunity of theBasque countryFrancisco Javier Murillo Morón,forestry engineer.Department of Land Use, Basoin-sa, SLMikel Sarriegi Etxezarreta, forestryengineer. Department of Landscaping andRemediation of Degraded Areas,Basoinsa, SL

This aim of this article is to give abrief overview of the experience ofBasoinsa, SL in the use of sludgesin the self-governing community ofthe Basque Country, with specialemphasis on the Region of Bizkaiafrom 1997 to the present.

This experience can be dividedinto two well-differentiated parts: atheoretical one based on studies,and a practical one based onapplications in projects for the res-toration of degraded areas.

Interest in this field is determinedby the association of two salientfacts:

- The existence of large quanti-ties of sludges produced by thenumerous wastewater treatmentplants in the Basque Country, mostof which are not currently reused.

- The shortfall in organic soilimprovers and high-quality topsoil,due to the relief of the land, thehigh population density and theoccupation of the richest agricultu-ral land.

In the light of these needs fororganic material (OM), the mostcommon solution is to use largequantities of topsoil and/or organicsoil improvers, such as manure,compost or similar products. In thecases of both soil improvers andtopsoil, given the characteristicsof our region (lack of cultivatedland) and the decline of the lives-tock sector (deriving from Spain’sentry into the European Union),demand now outstrips supply; thisis giving rise to a progressive incre-

ase in the cost of these materials,to such an extent that it is beco-ming increasingly frequent to seehow topsoil and organic soil impro-vers are now forming a significantpart of the cost of projects to res-tore degraded areas and landsca-pe improvements (new infrastruc-tures, quarries or abandonedmining areas, etc.).

Faced with this situation, it wouldseem logical to search for new,alternative sources of abundantorganic material, which wouldmake it possible to invigoratezones of extremely low quality landor periodically replenish those are-as currently being employed asextensive green areas.

Among the recycling solutionsthat have been proposed in recentyears, as the soundest alternati-ves, is the application of sludges tosoils from urban or mixed (urbanand industrial) wastewater treat-ment plants. This has been shownto introduce notable improvementsinto their productivity and structu-re, and is especially noticeable inthe case of degraded ecosystems.

Faced with the increasing gene-ration of this type of waste, in thevery near future we shall need toask what alternatives the respon-sible bodies can offer to properlyeliminate or use these residualsludges; even more so, if we bearin mind the declining importance ofagriculture in our self-governingcommunity - with a few exceptionsin the region of Álava - and in manyareas of Gipuzkoa and Bizkaia it ispractically non-existent.

The solutions proposed in Biz-kaia at the end of the last centurywere aimed at three differentaspects:

1. Controlled landfill, which is asystem of definitive elimination, alt-hough it does require suitable are-as. Furthermore, there is a growingtendency towards reducing thequantity of organic material to bedisposed of in landfills, and facili-tating its recycling, thereby minimi-sing the production of leachatesand methane emissions.

2. Incineration, which is not acomplete solution, since a destina-tion must be found for the resultingfly ash, and there is the problem ofgas emissions with their possiblecontaminating effects.

3. Agricultural use, making it pos-sible to apply sludges to the soil asorganic fertilisers to improve pro-ductivity, as well as for the recupe-ration of degraded soils.

At the same time, the use of thisby-product from wastewater tre-atment is acquiring a second con-notation. It not only has advanta-ges as an organic fertiliser, but alsoprovides a solution for a substan-ce which in the region of Bizkaia isall dealt with currently through inci-neration or depositing in landfill.This is substantially out of step withthe current trend towards recy-cling; even more so, if we take intoaccount the documented agricul-tural benefits resulting from its use.

From the above, it can be dedu-ced that the application of sludgefor the improvement of soil qualitywill have a double benefit, fromboth the economic and socialperspectives.

Nevertheless, its agricultural usecalls for a complete analysis of thesoils to which it is to be applied,knowledge of their suitability andlimitations on it use.

1. Examples of the re-use ofsludges in the region ofBizkaiaAmong experience that Basoinsahas gained in this field over thepast few years, two projects areespecially worthy of mention: onedue to its theoretical interest, andthe other due to its practical natu-re.

The first is dealt with in the Estu-dio de delimitación de la capaci-dad al vertido con fangos de depu-ración en áreas gestionadas porla Diputación Foral de Bizkaia(«Study outlining the scope forspreading wastewater treatmentplant sludges in areas managedby the Provincial Council of Biz-kaia»).

291


The second of them is in the con-text of the works management andoperation of a restoration project ina now closed, former, historicallimestone quarry in our region.

Other experience s have alsobeen gained on its use in otherprojects managed by our com-pany, but these two have beenchosen due to their size and repre-sentative nature.

1.1. Study outlining the scopefor spreading wastewater treat-ment plant sludges

In summary, the principal aims ofthis study were as follows:

- To quantify those surfaces thatcould potentially receive sludgesin degraded areas within the terri-tory of the Provincial Council ofBizkaia.

- To quantify land with inertmining substrates in which theorganic content of soils could beraised to at least 6%.

- To analyse the characteristics ofreceiving substrates.

- To quantify the capacity of soilsand the impact of dischargingWWTP sludges on them.

- To classify the land on the basisof this capacity, the possible appli-cations, dosages and types of risk.

- To quantify the amount of equi-valent organic material required forthe above.

- To determine the most suitablesupply options on the basis of thelocation of WWTPs.

- That it should serve as a pilotscheme for a more ambitious, far-reaching study to cover all thoseareas in Bizkaia where sludgescould be used in environmentalrestoration.

All this is in the context of thelegislation on the use of wastewa-ter treatment plant sludges in agri-culture, set out in Royal Decree1310/1990, in force when thestudy was carried out.

With these aims, and in accor-dance with the legislation in force,a detailed analysis was carried outfor each of the areas managed bythe Provincial Council of Bizkaia

(discounting beforehand the eva-luation of those plots with a surfa-ce area of less that 2.5 ha, sincethe need for soil improvers thereinis negligible in comparison with lar-ger areas), and their uses (discoun-ting those with a pronouncedurban component and of highlyintensive use, in which the applica-tion of this type of soil improverwould frankly be more complex).

On the basis of these premises,a total of ten areas were chosen, allof a large size, usually with exten-sive usage, and in outer urbanlocations.

1.1.1. General methodology for theapplication of WWTP sludgesFor the analysis of the location, itwas deemed that regarding theamount of sludges, there were sixprincipal parameters for conside-ring a zone in a recreational areaunsuitable for the use of sludges.These parameters are:

- Gradients· 0-20%· 20-30%· > 30%- Distance from watercourses >

100 m- Distance from roads and inha-

bited areas· Population centres > 300 m· Roads > 10 m- Vulnerability of aquifers· Low-medium· High-very high- Uses· Specific areas with a constant

high presence of visitors.· Zones belonging to the Regio-

nal Council as yet not restored.· Presence of wells or springs· Radius < 100 m· Radius between 100-300 m (See figure 1 in page 134)With these parameters, maps

showing where sludge can bespread were produced using GIStechniques. These maps reflectedthe determining factors mentionedabove so that the final zoning ofthe different areas for the applica-tion of WWTP sludges was obtai-ned. According to this classifica-

tion, there are three types of zones:- Free application zones: in

which, providing they comply withthe legislation in force, sludges canbe applied fresh (stabilised slud-ges).

- Composted sludge zones: tho-se in which there is some type ofconditioning factor, but it is not suf-ficiently important to render theapplication of composted sludgesunfeasible.

- Excluded zones: those in whichthere are one or more conditioningfactors which advise against theuse of this product as an organicsoil improver - or in which thesame conclusion is reached froma combination of them.

(See figure 2 in page 135)The surface data obtained for the

whole of the areas studied wereas follows:

- Area of free application128.32 ha

- Area of composted sludge331.57 ha

- Area where application is exclu-ded 478.90 ha

After identifying the areas accor-ding to the above types, a plan forsampling the soils in the differentrecreational areas was drawn upwith the aim of confirming their sui-tability for the use of sludges inaccordance with current legisla-tion. The analysis was carried outin a way that made it possible toestimate the fertility of the land onwhich it was planned to spreadsludges, especially by evaluatingtheir organic material content.

1.1.2. ConclusionsFrom the results of the study it wasestimated that it was possible toapply sludges in different forms(fresh or composted) on 460 ha(49% of the area).

It was estimated that the organicmaterial requirements for thesesoils was 141.6 t/h ha, that is,65,136 tonnes dry weight, in orderto convert it into fertile soil whichcould be walked on.

This organic material could be

292


obtained on the market and/orfrom WWTP sludges, but obtai-ning it entirely from WWTP sludgesis feasible, as there are 332 ha thatwould only take half the sludgecontent, given that other compos-ting material has to be added.

Thus, in the case of sludgescomplying with the legal specifica-tions, and that could be appliedfor a period of 10 years with theaim of covering these soils’ OMrequirements, it is estimated thatconsumption would be as follows:

- 128 ha ¥ / richness of the slud-ge in OM (50%) = 36,250 tonnesof sludge in dry weight.

- 332 ha ¥ (proportion of sludge/ compost (1/2)) / richness of thesludge in OM (70%) = 33,579 ton-nes of sludge in dry weight.

In conclusion, the maximumamount of sludge to be consumedwould be 69,829 tonnes in thebest scenario.

When making a cost comparisonbetween the use of soil improversor commercial topsoil, it was clearthat the study pointed to a broadmargin of profit for the agriculturalrecovery of sludges, to which wewould have to add the social bene-fit of the recovery of degraded are-as for leisure purposes, or simplyfor improving the landscape.

In order to reduce transport andapplication costs, a reduction inthe humidity content of sludgeswas recommended, above all forsludges with a low heavy metalcontent.

Finally, as a tool for managing theapplication of sludges in recreatio-nal or degraded land, this studyrecommended the use of a GISassociated with a database inwhich the following should appe-ar: the plots of land where sludgewas applied, the analyses, theannual and accumulated dosages,the data required by law concer-ning the parameters, ownership,etc.

Nevertheless, today the principalalternative for the management ofWWTP sludges in the HistoricalRegion of Bizkaia is still incinera-

tion.2. Application of WWTPsludges as organic improver inthe restoration of quarriesAs is described in the introductionto the previous section, a projectwas designed and coordinated forthe application of WWTP sludgesin the restoration of a large oldlimestone quarry in the region ofBizkaia, after it had been closeddown.

Given the large size of the area tobe restored, the high cost of appl-ying topsoil or organic soil impro-vers, with the aim of providing aminimum level of fertility to the ste-rile soils that were to be used as asubstrate base for the planting andhydro-seeding to be carried out,was considered to be a problem ofthe highest order.

Taking into account previousexperiences in other areas ofSpain, especially in Cataloniareported by the Department of theEnvironment (Technical recom-mendations for the restoration andconditioning of areas affected byextraction activities. Governmentof Catalonia) and the Junta deSanejament (regional water mana-gement board), a proposal wasmade to the Environment andIndustry Ministry, the Waters of Biz-kaia management company andthe owner, as to the possibility ofundertaking the large-scale appli-cation of sludges.

Once approval had been obtai-ned from all parties, the methodo-logy proposed by the Departmentof Environment of the Governmentof Catalonia for this specific casewas applied, and the dosage forthe project in question was calcu-lated.

Application was carried out inthree different modes and types:

- On a large slope with an avera-ge gradient of 45 degrees: bymeans of tilling the soil with a mix-ture of 50% sludge with soil fromthe outcrop, which had previouslybeen built up during mining.

- On banks or verges with a baseof bare rock made up almost enti-

rely of carbonates: spread in mix-tures of different proportions withsterile soils from the quarry itself.

- On extensive surfaces exposedby the demolition of the installa-tions over the entire area of accessto the old quarry: Spread as anorganic improver for deficient soils(mainly clay soils) available in situ.

These types of application madepossible the subsequent sowingand seamless integration of thesurfaces which had been treated,as can be seen in various photo-graphs taken by the authors.

293


The management of was-te water treatmentsludge. Good and badpracticesMontserrat Soliva i Torrentó, OscarHuerta Pujol and Marga LópezMartínezEscola Superior d’Agricultura, Bar-celona. Technical University ofCatalonia (UPC) Baix [email protected]

1. IntroductionThe increase in population and itsconcentration in certain areas hasled to the need to purify the wastewater that is generated in order toreuse it or put it into the publichydraulic system. Some veryimportant work has been done withregard to the installation of waste-water treatment plants and techno-logical improvements have beenmade, but that has very much leftto one side the question of whathappens to the sludge generated inthis treatment. The composition ofthis sludge shows a high content ofwater, fermentable biowaste andnitrogen, which means that it has tobe managed properly to avoid pro-blems in its storage and transportwhen the time comes to seek asuitable destination for it; moreover,it may contain a number of differentpollutants (chemical and biological)(ADEME, 1985). Its composition isstrongly influenced by the charac-teristics of the water that has beentreated (Saña et al., 1980; Saña,1985), by the type of treatmentapplied at the treatment plant andby how this treatment is carriedout. In recent years, the manage-ment of sludge has been a pro-blem (see figure 1 in page 141)because there has always beengreater concern about how thewater comes out of the treatmentplant than about the quantity andcomposition of the sludge that isgenerated.

Although Catalonia made a startlong ago on controlling the compo-sition of urban waste water treat-ment sludge and though this was

done when its management waseasily controllable (Saña et al.,1978 and 1980; Soliva and Felipó,1984; Romero et al., 1989; Felipóet al., 1992; Soliva et al., 1992;Mujeriego and Carbó, 1994), therapid increase in the setting up oftreatment plants led to a certainsense of satisfaction which meantthat the sludge that was generatedwas not controlled in the same wayas the treated water. This situationhas also been favoured by the rela-tive ease (financial and regulatory)with which sludge can be dispo-sed of in landfill sites.

The application of organic waste(OW) to the land (Soliva and Felipó,2003; Soliva, 2004) which shouldnever become fly-tipping, (see figu-re 2 in page 142), presents advan-tages and drawbacks that areoften not evaluated properlybecause of the differing interests ofthe producer, the managers andthe possible recipients or users.This has a negative effect on theland (and its attributes and func-tions), and in other environmentalspheres (water and air), whichshould not be subjected to theeffects of incorrect planning for dis-posing of and treating water.

There are other possible ways ofdealing with sludge (landfill sitesand incinerators), which have a farhigher financial cost for the produ-cers and which are also subject toregulations and conditions becau-se of the environmental problemsthat they can create; but it wouldbe highly advisable for the landfillsites and the incinerators that arecurrently in operation to be usedconservatively so as to extend theiruseful life and avoid the need tobuild new ones (in the hypotheticalcase that places were really avai-lable where they could be insta-lled). The landfill sites are «stores»for sludge that future generationswill have to manage, a fact thatcalls for diligence in finding long-term solutions, considering verycarefully whether or not there arealternative treatments.

The situation must be considered

afresh, taking into account otherorganic waste that is generatedand other types of treatment, deci-ding in each case what is the mostsuitable and viable way of dealingwith it, and looking for long-termsolutions by making an accuratebio-economic analysis of all thepossibilities.

2. The land as a recipient forsludgeThis refers to the land (agriculturalor otherwise) as a possible reci-pient of sludge with the aim ofimproving it, while participating inthe proper management of sludge.

The land, a natural resource thatis not renewable in the short term,is a complex living system thatevolves over time. Its formationand evolution as well as its degra-dation are the result of kinetic pro-cesses caused by intrinsic andextrinsic factors. The formerdepend on the elements that areinvolved in its formation (type oforiginal material, climate, topo-graphy, natural vegetation andtime) and determine its capacityfor a specific use. The extrinsicattributes depend on the use ofthe land and on how it is managed(Felipó, 2004). This is where themanagment of OW using the landbecomes relevant. For much agri-cultural land in the Mediterraneanbasin the loss of organic materialis the main factor in degradation(Rusco et al., 2001). This is due toits having been cultivated for manyyears and especially intensively inrecent decades.

Organic material is a basic com-ponent for maintaining the func-tions of the land. Agronomists con-sider that land with less than 1.7%OM are in the pre-desertificationphase (CCE, 2002). Estimationsmade recently show that the soil inalmost 75% of the total surfacearea of southern Europe has a lowor very low OM content. In Spainland can be found with levels evenlower than 1.5% (see figure 3 inpage 144).

The management of organic

294


waste on the land can have variouspurposes (Felipó, 2002):

- Rehabilitating land, whichmeans improving it when it isdegraded or productivity is low.

- Restoring land, which is almostimpossible (especially if it is to bedone quickly), because it wouldmean re-establishing its originalstate.

- Recovering land, which meansmaking it functional again.

And in the commonest agricultu-ral application, maintaining the fer-tility of the soil and/or meeting theneeds of the crops.

Sludge, like other OW, containsorganic material and phytonu-trients which makes it a good can-didate for management by use onthe land. However, applicationmust be carefully controlled; weshould not forget that it may con-tain pollutants, that there are otherOW (Westerman and Picudo,2002) that could have better cha-racteristics and that in certaincases it might not be advisable toapply it directly to the land.

Although it has been said andrepeated many times that Medite-rranean soil in general is poor inOM, not all kinds of OM are suita-ble for correcting this (Soliva et al.,2004); moreover, the OM fromsludge, like most OW, is accompa-nied by phytonutrients that are notalways necessary in the samequantity as the OM.

In estimates made in 1995 (Mar-tínez, 1995), the conclusion wasreached that the different wastesgenerated would meet the demandfor organic carbon in the soil ofCatalonia so as to maintain levelswith a surplus to go on increasingthe levels of OM, but that the cropswould not be able to absorb all ofthe N and P provided by the was-te. While it is not completely correctto make these global estimates,generalising the type of OM andphytonutrients contained in the dif-ferent types of waste, they are qui-te informative. They indicate thatthis and other estimates (which donot always agree) should have been

made in the light of the impossibi-lity of going on trying to use all theOW and sludge generated on theland. They also show the need tochoose the most appropriate onesfor direct application, the ones whe-re treatment is advisable, and theones to be ruled out from the startbecause of their composition, avoi-ding unfortunate competition bet-ween different waste materials. Thiswould also have helped in choo-sing the most appropriate kind ofwaste treatment plant for each areaof the country.

3. Composition and end use ofurban treatment sludgeThe types of waste and the chan-ges produced by the different tre-atments must be analysed andknown before a proper diagnosiscan be made of their fate. This willalso ensure that only treatmentsthat are necessary and proven areapplied, avoiding a waste ofmoney on systems that do notprovide real solutions.

OW managers, and sludgemanagers in particular, must havesufficient information and skills tobe able to take the right decisionsand to prevent the different inte-rests in play from favouring envi-ronmentally incorrect uses. It isadvisable to have a good knowled-ge of its composition (Saña andSoliva, 1985; Saña, 1985; Garauet al., 1986; Felipó and Garau,1987; Soliva, 2000; Soliva andLópez, 2003) and the transforma-tions that it can undergo depen-ding on the management or treat-ment. In the particular case ofsludge, a decision must be takenas to whether it is possible to tre-at it or use it directly and theadvantages that this could bring.

Table 1 (see page 146) showsthe physical-chemical and chemi-cal characteristics of some sam-ples of sludge in comparison withwell-managed bovine manure. Theparameters shown include thosethat evaluate the material both forits OM content and for its contentof phytonutrients and metals.

The composition varies betweentreatment plants (table 1) or byyear for a single plant (table 2 seepage 147).

The rules for the use of sludgeplace great emphasis on its con-tent of metals and organic pollu-tants (table 3, see page 147), but,although this aspect is extremelyimportant in preventing the disper-sion of pollutants, it is also impor-tant to bear in mind the lack of sta-bility of the OM in much sludge.This means that at the landfill siteor when it is applied to the land, itdecomposes very quickly (figure4, see page 148), which in turn, lin-ked to the high nitrogen content ofthis material, could favour nitrogenpollution. This aspect is importantnot only in the case of agriculturalapplications, but also when it istaken to a landfill site or used torestore degraded land (Alcañiz etal., 1996; Jorba et al., 2004). TheOM content of the sludge and itsresistance to degradation arestrongly linked to the kind of treat-ment plant, but also greatly to howit is applied and how its functioningis monitored. The stability of thesludge that is achieved in the tre-atment plant will mean that thequantity of sludge generated is lessand that its management (for anyuse that may be made of it) will beeasier. The problem of what to dowith sludge cannot be consideredwithout taking the whole treatmentprocess into account, from startto finish.

The composition of sludgedepends a great deal on its origin,but it is certain that better monito-ring of the input water and of thetreatment methods could increasethe value of the useful componentsand decrease the hazard fromothers (Amorena, 1995; Gómezand de la Peña, 1990). Figure 5(see page 149) shows the impro-vements in the composition inmetals of sludge from a treatmentplant when the input water is con-trolled.

295


4. Utilisation of sludge inagricultureGiven that the agricultural applica-tion of sludge or of the compostthat can be obtained from it is atpresent the most economical wayof managing it, strict demandsmust be made of the conditionsfor the acceptance of the sludge,thus encouraging the monitoringof the waste water when it reachesthe treatment plants and the pro-cess of water purification and slud-ge treatment in the plant itself.

Any attempt to recycle all the OWon the soil, without selecting themost suitable types, or doing rese-arch into other alternatives, canbring chaos to waste managementbecause:

- We may exceed the capacityof our land and its crops to recy-cle biowaste and nutrients.

- There may be a «waste war»because of conflicting interests.

- We will be dispersing pollutantsin the environment.

- We may invest great amounts ofeffort and money in installing largetreatment plants that will not beable to solve the problem; and, asexperience has shown on otheroccasions, will only make wastemanagement more expensive,more complicated, and less wellregarded.

There is a general idea that theapplication of sludge to agriculturalor other land is beneficial for vege-table production and that all that isrequired is to monitor the possibi-lity of accumulation of pollutants(table 3) and their transfer to thefood chain. This kind of monitoring,while very important, is insufficient.Whether or not sludge is to beused, in what dose (table 4) and atwhat time, as well as the best wayto evaluate its behaviour, must bedecided from the point of view ofimproving the characteristics of theland, of the production and thequality of the vegetables, and ofstudying all the possible routes bywhich pollutants may be dispersed(air, water, land and food chain).The use of sludge is an interesting

possibility, but it must be borne inmind that its behaviour is differentfrom that of manure (table 1) or ofa well-stabilised compost (Bernatet al., 2001); it releases nitrogenmore easily and the benefits that itgenerates for the type of OM (lessstabilised) that it provides are less.Applying an unstable sludge with ahigh OM content may favour thefast growth of vegetables, but atthe same time it generates exces-ses of nitrogen and phosphorus(see figure 6a in page 150 and 6bin page 151) and does not favouran improvement in the physicalproperties of the land.

This is not to say that sludgeshould not be applied to the land,but that it must be done under con-trol and when advisable. As there isa surplus of the product, there issometimes a tendency to use it inlarger doses than are necessary orin unsuitable applications (figure 1),as often happens with cattle was-te liquids. Recycling the OW pro-perly can promote the aims of sus-tainable agriculture (increasing theOM content of the land, reducingthe use of mineral fertilisers, impro-ving the agricultural economy andfavouring the proper managementof OW), in line with the land protec-tion document published by theEU, and with the current interest inencouraging carbon sequestrationin the land. So, this use, like otherpossible options, must be gearedto the future, so that it can be main-tained over time, prioritising pro-tection, provided that it continues tobe a viable operation from the eco-nomic and management point ofview, and gains social acceptance.It is of interest to have bio-econo-mic tools that make it possible toidentify the most advantageousways of managing the differentkinds of OW (Andrews et al., 1999)in line with the sustainability that wepreach so much, especially whenthere are so many groups involvedin taking decisions who may beaffected.

5. Composting sludgeComposting (biologically transfor-ming the waste under controlledconditions) consists in managingthe organic waste in a way thatrespects the environment, invol-ving the society that generates it,inculcating a sense of responsibi-lity, and providing a proper end usefor the product that is obtained(compost) (Giménez et al., 2005).This is both a science and an art;it is a controlled, bio-oxidising andthermophilic process, which, bymeans of complex microbiologicalprocesses, transforms the organicwaste into a stabilised productwhich can be applied to the land,on which it will produce a benefi-cial effect (Saña and Soliva, 1987;Soliva, 2001). The fact that thismay be achieved with simple orcomplex technology will dependon the quantities of waste thathave to be treated, on the availa-bility of space and time and,obviously, on the budget.

Composting occupies a certainplace in waste management as awhole; it is a biological treatment ofOW as old as agriculture and theproduction of waste. In the currentsituation what has changed is thereason for which it is applied (Soli-va, 1998). Many years ago it wasessential to keep the biowaste andphytonutrients contained in thewaste in order to maintain the fer-tility of the land (Saguer and Garra-bou, 1996); nowadays othermeans are available, though theyare not always sufficient or appliedproperly, and, only too often, com-posting is proposed more as a wayof managing waste than as abenefit for the land and crops. If itis thought that the compost is tobe applied to the land, the restric-tions must be more rigorous thanif composting is thought of as away of reducing the weight andvolume of the waste; in the lattercase, while it is possible to bemore tolerant, there must also beconditions, albeit of a different kind.It is, in fact, a matter of establishingsome requirements so as to pre-

296


vent the misuse of composting,which would turn it into a concea-led way of sending waste to theland or of its being done in condi-tions so unacceptable as to causeannoyance to local residents andserious environmental problems.

The materials that are to be com-posted must present, by themsel-ves or mixed, characteristics thatfavour and facilitate the processfor it to be carried out in the bestpossible conditions (energy, eco-nomic and environmental). Thesludge presents unsuitable cha-racteristics for composting byitself; it must be mixed with mate-rials that have complementarycharacteristics that give it porosity,structure and, especially, balancein biopolymers and nutrients(mainly, C/N) to achieve an efficientthermophilic process and avoidenvironmental problems or exces-sive costs in supervision (Soliva etal., 1993; Arbiol et al., 1993). It istrue that the need for complemen-tary materials must be borne inmind in the sizing of the plants andin handling larger volumes, espe-cially in the early stages. Howeverthis is a decision that must betaken and assessed if compostingis what is to be done.

In composting, the sludge istransformed into a drier, moremanageable product which, if ithas been properly transformed, willconserve and concentrate the ori-ginal phytonutrients.1 Unfortuna-tely, the fact that much sludge can-not be applied directly to the land,or that it is difficult to transportbecause of the water content, hasmeant that its treatment has beensomewhat uncontrolled. There areplants that do this with inadequa-te mixes and without measures tocontrol the process or emissions,

which has given rise to many pro-blems and rejection by society ofinstallations of this kind.2 It is toooften forgotten that composting, ifit is correctly, transforms the was-te and reduces its weight, volumeand the problems of its fermenta-bility and, therefore, makes it easierto manage later, but, obviously, ata cost. The logical thing to do withthe compost would be to apply itas a restorative, fertiliser or subs-trate, but that depends on thepollutants present in the compos-ted materials and on the way inwhich its transformation has beencontrolled; if this is not what isdone with it because it does notcomply with the regulations (RoyalDecree 824/2005), because it isnot accepted, because the marketis saturated, or because it hasbeen proposed as «grey compos-ting», any other use must also beassessed from start to finish tominimise costs (environmental andfinancial).

6. Final commentInnovations and new trends in theuse of sludge should not refer onlyto technological innovations(though these must not be overlo-oked), because, in a changingsociety, as ours is, they can betaken for granted; what should benew is their application whennecessary and in an appropriatemanner. We would particularymention innovations and trends inaspects such as:

- Being responsible in the gene-ration and disposal of waste water.

- Being respectful and responsi-ble in the planning of treatmentstations and choosing the techno-logy and, most of all, in decidingthe fate of the sludge; as well asbeing very respectful in bringing

these matters to the attention ofthe media.

- And, especially, waste mana-gement should be something thatinvolves everyone (Felipó et al.,2004; Soliva et al., 2004). Doingthe job with more coordinationwould be a novelty, a real innova-tion.

Being innovative does not meancopying, or simply applying the«most up-to-date» technology, orthe most expensive, or leaving theend use of the waste in our envi-ronment in the hands of certaincompanies; the choice of a simpleor cutting edge technology willdepend on each particular situa-tion, calling for a rational assess-ment of all the advantages and thedrawbacks. Information, innova-tion and imagination are required.It is clear that the budget must alsobe taken into account, but it cancertainly be said that when amanagement or treatment systemhas not worked or does not work,in most cases this has not beenbecause of shortcomings in thebudget.

BibliographyADEME (1985). Les micro-polluants organiques dans lesboues résiduaires des stations d’é-puration urbaines. Agence de l’En-vironnement et de la Maîtrisse del’Energie. France: Angers.ADEME (1985). Les micropolluantsmétalliques dans les boues rési-duaires des stations d’épurationurbaines. Agence de l’Environne-ment et de la Maîtrisse de l’Ener-gie. France: Angers.ALCAÑIZ, J. M.; COMELLAS, L.;PUJOLÀ, M. (1996). Manual de res-tauració d’activitats extractivesamb fangs de depuradora. Recu-peració de terrenys marginals.

297

1. It is important to recognise that the heavy metals will also be concentrated, so it is necessary to monitor them in the input mate-

rials.

2. «[…] the local residents have found that what started out as a composting plant, which has a very pleasant name and sounds

ecological […], had over time become an industrial waste installation […] which is in legal trouble because it is 77% over the limit

on the waste that it treats […] among which is wastewater sludge […]»,Bon Dia free paper, 19 December 2006.


Barcelona: Junta de Sanejament(regional water managementboard), [ed.]: Government of Cata-lonia.AMORENA, A. (1995) «Plan integralde reutilización de lodos de depu-radora en la comarca de Pamplo-na». Gestión y utilización de resi-duos orgánicos para la agricultura.Fundación La Caixa: AEDOS.ISBN: 84-7664-503-1. ANDREWS, S. S.; LOHR, L.; CABRERA,M. L. (1999). «A bioeconomic deci-sion model comparing compostedand fresh litter for winter squash».Agricultural Systems, no. 61, p.165-178.ARBIOL, M.; BENITO, P.; SOLIVA, M.;VILLALVA, D.; MOLINA, N. (1993).«Pruning residues and sewagesludge co-composting». Procee-dings of International Conferenceon Environmental Pollution. Vol 2.ISBN 0 9521673 0 1. BERNAT, C.; CASADO, D.; FERRAN-DO, C.; PAULET, S.; PUJOL, M.; SOLI-VA, M. 2001. «Compost, manureand sewage sludge applied to acrop rotation». A: Sangiorgi, F.[ed.]. Recycling of AgriculturalMunicipal and Industrial Residuesin Agriculture. Milan. Directive 2000/76/EC, on wasteincineration.FELIPÓ, M. T. (2002). «Utilización demateria orgánica residual urbanaen la recuperación de suelosdegradados». Agricultura y medioambiente: Nuevos avances enconservación y manejo de agrosis-temas. Curs patrocinat per la Fun-dación Universidad de Verano deCastilla y León. Segovia 1-5 July.— (2004). «Ús del sòl i sostenibili-tat agrària. Els sòls de Catalunya:un recurs natural limitat». La terrai el medi. Publicacions de la Pre-sidència de l’Institut d’EstudisCatalans, no. 17. FELIPÓ, M. T.; GARAU, M. A.; PASCAL,M. D.; CARDÚS, J. (1982). «Reutili-zación de aguas y lodos residua-les procedentes de depuradorasmunicipales a través del suelo».Anales Edafología y Agrobiología,XLI, p. 9-10. FELIPÓ, M. T.; GARAU, M. A.; SOLI-

VA, M.; SAÑA, J. (1982). Posibilida-des de aprovechamiento de lodosde depuradoras en aguas residua-les como enmienda y fertilizante.Conferència contra la pol·lució delMediterrani. Llibre d’Actes. FELIPÓ, M. T.; GARAU, M. A. (1987).«Comparison of biological andChemical methods to determineavailable nitrogen in sewage slud-ge amended soil». Biology andFertility Soils, (5) 1, p. 26-30. FELIPÓ, M. T.; HUERTA, O.; LÓPEZ,M.; SOLIVA, M. 2004. «Research onorganic wastes soil recycling andits applicability to local scenarios».A: Ferrer-Balas, D.; Mulder, K. F.;Bruno, J.; Sans, R. [ed.]. II Interna-tional Conference on EngineeringEducation in Sustainable Develop-ment. EESD. Ó CIMNE i UPC Bar-celona.FERNÁNDEZ, M. (2001). «Mineralitza-ció de fangs i composts de diferentorigen». Informe Conveni ESAB iJunta de Residus.GARAU, M. A.; FELIPÓ, M. T.; RUIZ DE

VILLA, M. C. (1986). «Nitrogenmineralization of sewage sludgesin soils». Journal EnvironmentalQuality, 15 (3), p. 225-228.GIMÉNEZ, A.; GEA, V.; HUERTA, O.;LÓPEZ, M.; SOLIVA, M. «Aproxima-ción a la situación actual en Cata-luña del mercado del compostelaborado a partir de la fracciónorgánica de residuos municipalesrecogida selectivamente». II Con-greso sobre Residuos Biodegra-dables y Compost. Seville, 20-21October 2005. Instituto para laSostenibilidad de los Residuos. GÓMEZ, L. A.; PEÑA, G. de la (1990).«Sistemática seguida y resultadosobtenidos en el control de verti-dos y residuos industriales decarácter tóxico y peligroso en lacomarca de Pamplona». I Congre-so Internacional de Química de laANQUE: Residuos sólidos y líqui-dos. Su mejor destino. Puerto dela Cruz (Tenerife), 3, 4, 5 Decem-ber. [Speech]JORBA, M.; JOSA, R.; HERETER, A.;VALLEJO, R. (2004). «Improvementof the physical quality of substra-tes used in ecological restoration

of open limestone quarries».Fourth International Conference onLand Degradation. Murcia. Law 6/1993, 15 July, reguladoradels residus. Barcelonia: Govern-ment of Catalona. DOGC. No.1776, 28 July 1993. LÓPEZ, M. (2002). «Elementspotencialment tòxics en fangs dedepuradora: raons per establirlímits en els continguts i en l’apli-cació». Informe Conveni ESAB-AGBAR.MARTÍNEZ, F. X. (1995). «Posiblesusos de los residuos urbanos enagricultura: abono, enmiendaorgánica y sustrato de cultivo».Gestión y utilización de residuosorgánicos para la agricultura. Fun-dación La Caixa: AEDOS. ISBN:84-7664-503-1.MUJERIEGO, R.; CARBÓ, M. (1994).Reutilització dels fangs en agricul-tura. Informe Tècnic. Edited byConsorci de la Costa Brava. ISBN84-920002-1-x.Proposta de Directiva del ParlamentEuropeu i del Consell, per la quals’estableix un marc per a la pro-tecció del sòl i es modifica la Direc-tiva 2004/35/CE. Brussels, 22November 2006. COM(2006) 232final. 2006/0086 (COD).Royal Decree 824/2005, sobreproductes fertilitzants. ROMERO, R.; SAÑA, J.; BALANYÀ, T.(1989). «Manual d’utilitats delsfangs de depuradora com aadob». Quaderns de Divulgació,no. 12. IRTARUSCO, E.; JONES, R.; BIBOGLIO, G.(2001). «Organic matter of the soilsin Europe: present status and futu-re trends». European Soil Bureau.Soil and Waste Unit. Institute forEnvironment and Sustainability.JRC. Ispra. 12 p. SAGUER, E.; GARRABOU, R. (1996).«Métodos de fertilización en la agri-cultura catalana durante la segun-da mitad del siglo XIX». La fertiliza-ción en los sistemas agrarios. Unaperspectiva histórica. FundaciónArgentaria. p. 89-126. ISBN 84-7774-974-4. (Economía y Natura-leza)SAÑA, J. (1985). «Els fangs de

298


depuradora com a adobs orgà-nics». Quaderns Agraris, No. 6.ICEA.SAÑA, J. (1985). «La utilització delsfangs de depuradores urbanescom a adobs. Caracterització de laseva fracció orgànica». Universityof Barcelona. [Doctoral thesis] SAÑA, J.; COHÍ, A.; BONMATÍ, M.;RIVA, A. de la; SOLIVA, M.; FELIPÓ, M.T.; GARAU, M. A. (1980). «Los fan-gos de depuradora y su uso comofertilizantes». VII Congreso Nacio-nal de la Industria Química.SAÑA, J.; GARAU, M. A.; FELIPÓ, M.T.; CARDÚS, J. (1980). «Composicióquímica i propietats físiques defangs residuals i la seva aplicacióagrícola». Anales de la Sección deQuímicas del Colegio Universita-rio de Gerona. Vol. 3. SAÑA, J.; GARAU, M. A.; FELIPÓ, M.T.; SOLIVA, M. (1980). «Organiccomposition of municipal sewa-ge». Actas del International Sym-posium Humus and Plant VII.SAÑA, J.; SOLIVA, M. (1985). «Qua-lificació global d’un adob orgàniccom a font de matèria orgànica,com a nutrient mineral i com a con-taminant». Quaderns Agraris, no.6. ICEA.— (1987). «El compostatge: pro-cés, sistemes i aplicacions». Qua-derns d’Ecologia Aplicada, no.111. Barcelona Provincial Coun-cil. Environment Service.SOLIVA, M. (1998). «Tecnología delcompostaje: efectos de la pro-puesta de Directiva CEE 97/C156/08». Jornadas sobre trata-mientos biológicos integrados,BIOMETA 98. Barcelona Metropo-litan Area. Environment Body. — (2000). «Aplicación de lodosresultantes de la depuración deaguas residuales urbanas a la agri-cultura». IQPC. Forum Interna-cional: Tratamiento de lodos dedepuradora: su minimización, valo-rización y destino final. Madrid,March 2000.— (2001). Compostatge i gestió deresidus orgànics. Barcelona: Bar-celona Provincial Council. Depart-ment of the Environment. (Estudis iMo-nografies; 21)

— (2004). «Organic waste in Spain:a problem that should be a resour-ce». A: Bernal, M. P.; Moral, R.; Cle-mente, R.; Paredes, C. [ed]. Sustai-nable Organic Waste Managementfor Environmental Protection andFood Safety. Proceedings of 11thInternational Conference of the FAOESCORENA Network on Recyclingof Agricultural, Municipal and Indus-trial Residues in Agriculture. Vol. I.RAMIRAN, Murcia, 6-9 October. SOLIVA, M.; FELIPÓ, M. T.; GARAU, M.A.; SAÑA, J. (1982). «Com aprofitarper a l’agricultura els fangs resi-duals derivats de la contaminació».Ciència, 22. SOLIVA, M.; FELIPÓ, M. T. (1984).«Gestión y reutilización agrícola delodos procedentes del tratamien-to de aguas residuales». Depura-ción y reutilización de aguas resi-duales.SOLIVA, M.; FELIPÓ, M. T. (2003).«Organic wastes as a resource forMediterranean soils». A: Langen-kamp, H.; Marmo, M. [ed.]. Proce-edings of the Workshop BiologicalTreatment of Biodegradable Was-tes. Technical Aspects. Brussels,p. 249-272. SOLIVA, M.; VILLALBA, D.; VILARASAU,B.; ARBIOL, M. (1993). «Characte-rization of composted pruningmaterials from urban gardens».Acta Horticulturae, 342, p. 361-370.SOLIVA, M.; LÓPEZ, M. (2003). «Eldestino final de los lodos. Criteriospara la decisión. Aplicación al sue-lo». Seminario sobre Produccióny Gestión de Lodos de Depurado-ra. MIMAM-AGBAR, March 2003.SOLIVA, M.; BERNAT, C.; GIL, E.;MARTÍNEZ, X.; PUJOL, M.; SABATÉ, J.;VALERO, J. (2004). «Organic wastemanagement in education andresearch in agricultural engineeringschools». Ferrer-Balas, D.; Mulder,K. F.; Bruno, J.; Sans, R. [ed.]. IIInternational Conference on Engi-neering Education in SustainableDevelopment. EESD. Ó CIMNE iUPC Barcelona.SOLIVA, M.; LÓPEZ, M.; HUERTA, O.;VALERO, J.; FELIPÓ, M. T. (2004).«Waste organic matter quality ver-

sus soil amendment effects». Ber-nal, M. P.; Moral, R.; Clemente, R.;Paredes, C. [ed.]. Sustenaibleorganic waste management forenvironmental protection and foodsafety. Proceedings of 11th Inter-national Conference of the FAOESCORENA Network on Recyclingof Agricultural, Municipal andIndustrial Residues in Agriculture.RAMIRAN. Murcia, 6-9 October2004. Vol. I, p 201-204.WESTERMAN, P.; PICUDO J. «Mana-gement strategies for organic was-te use in agriculture». Proceedingsof the 10th International Conferen-ce of the Ramiran Network. Slova-kia, 14-18 May 2002, p. 85-91.

299


Fifteen drums of…detritusRamon Rabella PujolHead of the Local ManagementSupport Section. Environment Ser-vice. Barcelona Provincial Council

Our modus vivendi in industrialsocieties produces all kinds of out-puts to which we do not attachsufficient importance. For exam-ple, we are now experiencing glo-bal warming, which governmentinstitutions, the media, and publicopinion have failed to takeseriously although we have beenaware of it for many years.

Some of these outputs, green-house gases, have been linked toglobal climate change. They werenot initially regarded as importantas it was assumed that theatmosphere was an infinitely largerubbish dump. This perception ofthe ‘infinite dump’ could be a pro-blem in other areas.

There is a group of materialswhich, though they are very diffe-rent, have received a similar treat-ment up to now. These are themore or less organic products thatend up distributed around thecountryside, on agricultural land,in spaces to be restored (if theyhave first been treated or have cer-tain characteristics), or in designa-ted landfill sites. But the land is notan ‘infinite dump’ and there aresigns of saturation, at least at alocal level.

This group of materials (undesira-ble outputs) consists basically ofsludge from urban and industrialwastewater treatment plants,manure from intensive industriali-sed cattle farming and the organicfraction of municipal waste(OFMW). Table 1 (see page 159)shows an approximate calculationof the volumes of each type gene-rated in Catalonia.

To give an idea of what thismeans, if each resident of Catalo-nia dealt with their own part of thewaste in a year we would eachhave almost 3 cubic metres of mis-cellaneous waste (putting it poli-

tely). This is the equivalent of fifte-en industrial drums. If we went onkeeping our share, assuming a lifeexpectancy of seventy-five years,we would each accumulate 225m3 or 1,125 drums. Assuming thata typical flat is three metres high,we would need one 75 m2 in size– and if there were three people inthe family, that would be 225 m2

and we’d have to live in the street.If instead of keeping all this volu-

me to ourselves we spread it overthe 800,000 hectares of ploughedland in Catalonia, which is still nowthe usual disposal method, wewould have a continuous layercovering the soil nearly 3 mmdeep.

It must be said, however, that inthe course of proper managementa good part of this volume is lost.During composting 60% of thevolume and 75% of the weight islost (through loss of CO2, waterand other emissions). Moreover, alarge part of the waste is not coun-ted in this theoretical exercise(urban green waste, some foodwaste, etc).

However, even though these cal-culations are approximate, eventhough waste can be treated toreduce its weight, even thoughthere have been technologicaladvances, it seems clear that theonly practical solution is to minimi-se waste production. Preventingwaste being generated, whetherby changing habits or processes,is becoming imperative, becausethe land is not an infinite dump.

300


Options for reusingdredged non-marinesediments in the environ-mental regeneration ofdegraded areasIñaki García, geologistDepartment of Geology and Soils,Basoinsa, SL

Part of the information appearing inthis article originates from R&Dprojects carried out jointly byBasoinsa SL and the Labein Foun-dation.

1. Introduction andbackgroundThe contamination of soils andsediments is a widespread problemin industrialised countries which, inmany cases, imposes restrictionson the use of land (and on the pos-sible re-use of its constituent mate-rials) due to the risks associated tohuman health. It also involves unac-ceptable environmental impactswith serious effects on the functio-ning of ecosystems. Throughoutthe last decade, interest in ex situ(and to a lesser extent on site) tre-atment techniques for these conta-minated locations, with a view tothe re-use of materials, has incre-ased significantly. The principal rea-sons are related to the fact that tre-atment techniques are increasinglymore capable of treating a widevariety of contaminants in differentsource materials. Nevertheless, thegreatest advantage attributed tothese initiatives is, as has beenmentioned repeatedly, the deacti-vation of contaminated materials,their recycling as a natural resour-ce in uses with added value, andthe application of treatments to allapparent waste before, or in placeof, being deposited in landfill.

With the aim of reducing the envi-ronmental and socioeconomicproblems associated with themanagement of waste, in the Self-governing Community of the Bas-que Country (SCBC), as in themajority of European countries,there are programmes and plansof action aimed at:

- Minimising the production ofwaste.

- Reducing the presence of dan-gerous substances associatedwith it.

- Developing reuse and recyclingtechniques.

In this context, the reuse andrecycling of materials (providingthat they do not involve the dis-charge of contaminating substan-ces into the environment) acqui-res enormous economic andecological importance (savingresources and reduciing the areadedicated to landfill).

Depending on the sectors of acti-vity, there are significant differen-ces between the potential for recy-cling or reuse and the realapplication of these activities. Thus,it is estimated that in the construc-tion sector the potential for recy-cling and/or reuse could be as highas 75%, when in fact only 5% iscurrently recycled. The situation issimilar with regard to contaminatedsoils, as it is thought that (undercertain conditions) considerablequantities of this type of materialcould be reused.

In recent years, therefore, inte-rest in technologies that reusematerials instead of typically dum-ping them in landfill (in any of theircurrent forms) is making more sen-se and acquiring increasing socialeconomic importance, mainly dueto:

- The space requirements of the-se large landfills; it is commonknowledge that this area is beco-ming increasingly problematic,often for good reasons.

- The large quantity of perfectlyreusable materials lost in the massof waste that is deposited in land-fill or incinerated.

- In the case of the SCBC andneighbouring communities, thegreat simultaneous demand for:

1. The prevention of dumping ofnon-inert materials in landfills, withtheir high associated costs.

2. Space in inert landfills.3. Aggregates or filling materials

for civil works in general, and the

regeneration of degraded areas(brownfields) in particular.

These actions would also be inaccordance with one of the keyaspects of environmental sustai-nability in the EU: not sending anyproduct to landfill (or indeed, reu-sing it) without prior treatment, inan economically and environmen-tally viable context, with the bestavailable technologies. In theSCBC there is particular interest inexploiting resources that alreadyexist in the region (currently stillregarded as waste) and whichhave a significant potential for reu-se, such as sediments from riversor from the siltation of lakes andreservoirs. In short, the old waste-resource order could be reversed,transforming a waste-manage-ment problem (at times a seriousone) into an opportunity to makeuse of resources.

The applications for the re-use ofthese materials that can be envisa-ged a priori are the following:

- Use as topsoil in landscaping,gardening, etc.

- Use as filling in landscaping pro-jects, design of parks and greenareas, sports areas, etc.

- Re-use as filling in brownfieldregeneration projects.

With regard to excavated sedi-ments, on the basis that preventionis better than cure, we feel that achange of focus is necessary. Whi-le in the SCBC and neighbouringareas the question asked aboutexcavated sediments is where todump them, in countries producingtens of millions of cubic metres ofdredged sediments (e.g. Holland,Germany, Flanders, even Franceand Italy), the question is what useto make of them. Which shows thatthese countries are at least half astep ahead of us; asking the ques-tion some time ago: «Would it bepossible to use this for anythingviable?», the answer to this ques-tion in those countries was clearlyaffirmative. This concept was exa-mined more closely at the Interna-tional Conference on Remediationand Recycling of Dredged Sedi-

301


ments organised in Amsterdam inDecember 2004 by the StichtingKlasse 4 Foundation, now rEUsed,in which Basoinsa took part. Theconference preamble presentedthe following approach: «The DutchGovernment has taken the firststeps towards promoting andencouraging the financing of theconversion of the most contami-nated sediments (Class 4) intoconstruction materials. Neverthe-less, this has proved to be insuffi-cient to deal with the problem; localauthorities do not even have suffi-cient funds to finance the proces-sing of sediments. If Europe is pre-pared to deal economically withthis important economic activity,the generalised processing of Class4 sediments can finally take place[…]. In the Province of Noord-Holland one third of the sedimentsdredged cannot be processed fortransformation into constructionmaterials using operationally viabletechniques. If no action is to take inthis regard, these materials willhave to be sent to landfill». Evi-dently, in those countries the con-cern regarding the destination ofcontaminated sediments differsgreatly from that in this country.

2. Characteristics andpotential usesWith regard to the possible appli-cations of the aforementionedmaterials in projects for the reme-diation of degraded areas, thefollowing potential uses should bementioned for recycled materials,once their quality has been impro-ved:

- Restoration· Filling material (quarry pits, res-

haping, etc.).· Transition material: as a substra-

te for plantations.· Acceptable soils: substituting

topsoil.- Plantations· For land improvers: usable due

to their physicochemical proper-ties.

· For fertilising: usable due to theirchemical properties.

· For soil correctors: usable dueto their physical properties.

· For filling: usable as a layer offilling in plantation substrates.

In a broader general context,excavated lake, dam, fluvial ortidal-flat sediments may have diffe-rent possible uses, depending onthe area from which they havebeen taken.

2.1. Lake or reservoir sedimentsAs these are not from tidal flats, norcan they be assimilated to waste-water treatment sludges in spiteof sometimes having similar physi-cochemical characteristics, underthe legislation currently in forcethey must be handled as waste.

The main drawback for the recy-cling of sediments dredged fromreservoirs are as follows:

- Their high level of humidity (60-85%) renders them practicallyunhandleable in works and difficultto transport, and they requiredrying beds or dehydrationmechanisms prior to their trans-port or being sent to landfill as aninert waste (theoretical maximumadmitted 65%).

- The frequent presence of layersof organic material associated withthe loss of plant life through floo-ding or, in certain cases, with thedischarge of faecal waters into thereservoir. A high percentage of or-ganic material (especially if it is offaecal origin) involves problemsof dredging and handling (odours,insects, risk of infection), transportand admission to the inert wastelandfill if in excess of 15%.

- Nevertheless, by reversing the«waste-resource» order, this highpercentage of organic materialtransforms the sediment into ahigh-value edaphic component,providing there is no contaminationthat is incompatible with its useand that its texture and agronomicparameters are acceptable, or atleast easily correctible.

- Basoinsa is currently studyingthe possible recycling of reservoirsediments with a high organicmaterial content through the dehy-

dration and remediation of texture,pH and nutrients in those batcheswhere it is necessary.

2.2. Fluvial sedimentsWaste regulations must also beapplied in this case, with the diffe-rence that some administrationswill consider its reuse as backfillerin port works. Nevertheless, thisuse would, in principle, be reser-ved for materials dredged from theMaritime-Terrestrial Public Domain(MTPD), in accordance withcurrent CEDEX (1994) regulation,which, however, is shortly to berevised.

Basoinsa’s experience with thistype of sediment is that thoseinvolved in its dredging and with-drawal are the same individualsthat are principally concerned withfinding some sort of morphologicalor mining space in which to dis-charge it as soon as possible - ifindeed any mention of the destina-tion of dredged or excavatedmaterial is made, as there are pro-jects in which these measures arenot resolved or even dealt with.

The dominant characteristic ofpure fluvial sediment with no tidalinfluence, which we have dealt withup until now, is its coarse granulo-metry, with extremely high percen-tages for the sand and gravel frac-tions. This leads to a high level ofre-use of both as secondaryaggregates, with at most a priorsuperficial grain washing process.Any contamination would be in theremaining fine fraction, the use ofwhich would be much more pro-blematic. Nevertheless, we wouldbe avoiding the discharge as inertwaste of around 60-70% of thevolume excavated or dredged inthe fluvial setting.

Finally, if the fine fraction containsa suitable percentage of organicmaterial and is free of any unac-ceptable microbial contamination,we could consider the possibility ofits re-use in agriculture, as in thecase of WWTP sludges. It shouldbe borne in mind that experiencehas shown us that, providing that

302


they comply with the legislationcurrently in force on sludges, thehigh concentrations of heavymetals and other contaminantsthat these sludges usually containdo not hinder their agricultural use.

Thus, all we would require toensure the re-use of any signifi-cant amounts of these types ofmaterials are relatively simple stan-dard methods, such as, for exam-ple, selective dredging, mechanicalseparation in beds and, whenevernecessary and justified, the sim-ple superficial washing of the tre-ated fractions.

2.3. Tidal flat sedimentsThe fine fraction with high levels ofcontamination of metals, orga-nochlorines, other hydrocarbons,and with high percentages of orga-nic, even faecal, material, is muchmore abundant in this type ofmaterial, which on the face of itwould seem to be an insurmoun-table obstacle for their reuse.

Nevertheless, Basosinsa’s expe-rience from visiting waste-to-energy plants - such as that whichproduced 15% of Amsterdam’selectricity in 2005 - suggests thatthe injection of WWTP sludges intoSUW combustion chambers isalready under way, and that theinjection of fine fractions of conta-minated sediments for energyrecovery is indeed viable: this isalready being studied at a post-design stage, which could bepotentially applicable, for example,in other incinerators in the SCBC.

This type of process results in theexploitation of over 97% of the inci-nerated mass, if we include energyrecovery and the production ofslag and fly ashes that can be reu-sed as aggregates. If necessary,an additional process can beapplied to the last two materials inorder to render them completelyinert for immediate re-use.

3. Characterisation studiesIf we wish to check if the materialexcavated is usable as topsoil, orat least as an improved edaphic

substrate (IES), a physicochemi-cal classification of it must becarried out, including quantifyingthe contaminants in the material,previously identified by the pastand current use of the location theycame from. This classification mustalso include the typical parame-ters of the topsoil: granulometry,organic material (OM), pH, C/Nratio, total nitrogen, total phosp-horus and total potassium.

If the established limits are exce-eded, an analysis must be carriedout to evaluate whether the use ofthe excavated material entails anyspecific risk. The principal riskassociated with this application isnot dispersion due to leaching, butrather the risk to humans andecosystems, which will potentiallybe in direct contact with the con-taminated material, so an analysisof these risks should be carriedout. In this context, the receptor inthe ecosystem most exposed tocontamination is the vegetation,so phytotoxicity assays may provi-de the best analysis of risks as theyprovide a direct measurement ofthe effects of contaminants onecosystems. The risk analysiswould be carried out in accordan-ce with the methodology propo-sed by IHOBE (Institute of Envi-ronmental Management of theBasque Government, Methodolo-gical guide: Analysis of risks forhuman health and ecosystems,1998). If the material is not phyto-toxic and there is no health risk tohumans, it is considered suitablefor use as a topsoil or IES.

3.1. classified materialsThe sediment samples consistedof 80 kg of lime-clay or muddymaterial (with a sand component)originating from the dredging of anold mining lake in the mining area ofthe province of Bizkaia.

The series of photographs below(see pages from 168 onwards)show different aspects of the dred-ging process and the materialsextracted.

Sampling was carried out

manually with an Edelmann probefrom a temporary build-up whereseveral thousand cubic metres ofsediment are accumulated anddehydrated at the same time (seePhotograph 1 in page 172). In prin-ciple, once the dehydration andmaturation period of the sedimenthas been completed, it is plannedto use it in the medium-term as animproved edaphic substrate in therestoration of the nearby degra-ded mining areas.

The contamination recorded inthe sediments that accumulatedin the lake may have several diffe-rent origins, including the following:

- Mining origin: fine materialsdragged from nearby pools frommining decantation, leachates andmaterial dragged from surroun-ding mining dumps as well asuncontrolled landfills that have nowbeen closed.

- Stockbreeding origin: purinefrom livestock (cattle, horses,goats and sheep) that have grazedfreely for decades around the lake.

- Human faecal origin: direct dis-charge into the water network fromfarmhouses and small centres ofpopulation.

- Other organic contamination:decomposing vegetable material,originating from flooding of themeadows and wooded areasaround the banks of the lake in the1970s.

- Later circumstantial origins atthe current location: small amountsof leachates from the inert wastecurrently adjacent to the sediment.

The contaminants expected ordetected in the sediments are asfollows:

- Heavy metals originating fromthe accumulation, washing andsettling out of the minerals: As, Zn,Pb, Cd, Cr, Cu, as well as othernon-contaminating ones such asFe and Mn.

- Allochthonous organic conta-minants deriving from the uncon-trolled discharge of waste: smallconcentration of organochlorines,PAH.

- «Autochthonous» organic con-

303


taminants deriving from plantdecomposition and faecal depo-sits: bacteriological contaminationby fecal coliforms, abundant orga-nic material, small concentrationsof phenols.

The sampling was carried out asdescribed above.

The sampled material was initiallyclassified taking into account bothmechanical and physicochemicalparameters. The contaminantsanalysed correspond to thoseidentified as being the most com-mon with regard to the use of thelocation from which the samplewas taken. The results obtainedare given in the table below. (seetable 1 in page 167)

In a previous session of samplingit was established that the presen-ce of As and Cu in DIN leachatesis not highly relevant. And EC50based on leached EP always givesvalues in excess of 350,000 mg/l,and shows very low or non-exis-tent ecotoxicity.

In order to evaluate whether themetals found in the sediment wereabove natural levels ( i.e. whetherthe sediment is a contaminatedmaterial), a comparison wascarried out with the VIE-A. Theanalysis carried out shows that thesediment has low-moderate con-tamination with copper, zinc andarsenic. Thus, with the aim of eva-luating the viability of the sedimentfor use in civil works or landsca-ping, environmental testing mustbe carried out as well as a techni-cal one.

4. Reuse of the sediment as anIES for the restoration of anumber of zones in theMeaztegi Berdea ParkSince the beginning of 2001,Basoinsa has been working for theBasque Meaztegui Association ina number environmental recoveryprogrammes in the Mining Area ofBizkaia. Among them is a hydroge-ological-environmental consul-tancy project on the correct appro-ach in those areas ofenvironmental recovery that will

eventually form the Meaztegi Ber-dea Park.

As has already been explainedabove, one possible initiative is theuse of the sediments studied toform an improved edaphic subs-trate (IES), which can easily bespread over the poor soils resultingfrom the mine workings (Photo-graphs 1 to 3, pages 172 and173).

Moreover, other improvements tobe introduced into the sediment totransform it into an IES wouldinclude the following:

- Adjusting the granulometrythrough the addition of sand – thismay even come from anotherindustrial activity as non-hazardouswaste, or by-product (slag, etc.).

- Homogenisation of the organicmaterial content (variable between1.2% and 9%) by mixing from dif-ferent batches of sediment.

- Control of dehydration by redu-cing the humidity content to thenormal standards for easy handlingand suitable performance as anIES under the topsoil.

- Periodic analytical monitoringof the leachates generated natu-rally in situ.

- Monitoring bacterial evolution,verifying the disappearance of fae-cal components during the currentmaturation of the built-up, coveredsediment, and the subsequentoxygenation and turning after spre-ading.

- If required, additional medium-and long-term studies on bacterio-logical behaviour.

This IES could act as an edapho-logical link between the currentsandy-clay soil with abundant gra-vel and saturated with humidity(see Photographs 1 to 3) and theloam chosen to spread as topsoilfor revegetation.

Zones are currently being identi-fied where it would be necessaryto spread the IES with differentthicknesses, depending on thehydrological and hydrogeologicalcharacteristics of each zone, typeof current substrate, risk of ero-sion, etc. The landscaping of each

zone and the suitability or not ofthe IES to be spread in thesurroundings of protected areas(such as the hydraulic publicdomain in general and the poolslisted in the Sectorial Territorial Planfor Humid Zones in the SCBC inparticular) will also be taken intoaccount.

304


La gestió de fangs · La gestió de fangs de les EDAR i la problemàtica associada. Fernando...

Documents

Transcript of La gestió de fangs · La gestió de fangs de les EDAR i la problemàtica associada. Fernando...