TRATAMIENTO Y TRATAMIENTO Y APLICACIÓN DE LODOS APLICACIÓN DE LODOS

RESIDUALES EN MÉXICORESIDUALES EN MÉXICODr. José Antonio Barrios PérezDr. José Antonio Barrios Pérez

Grupo Tratamiento y Grupo Tratamiento y ReúsoReúsoInstituto de Ingeniería UNAMInstituto de Ingeniería UNAM

Sexto Congreso de Químicos Farmacéuticos BiólogosSexto Congreso de Químicos Farmacéuticos BiólogosUNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓNUNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE NUEVO LEÓN

Agosto, 2004Agosto, 2004

LODO RESIDUALLODO RESIDUAL

Residuo sólido, Residuo sólido, semisólido o líquido semisólido o líquido que se genera que se genera durante el tratamiento durante el tratamiento del agua residual (no del agua residual (no incluye arenas ni incluye arenas ni basura)basura)

BIOSÓLIDOBIOSÓLIDOProducto sólido Producto sólido principalmente principalmente orgánico proveniente orgánico proveniente de procesos de de procesos de tratamiento de aguas tratamiento de aguas residuales que puede residuales que puede ser reciclado ser reciclado benéficamente (EPA, benéficamente (EPA, 1994).1994).

¿REÚSO O DEPÓSITO?¿REÚSO O DEPÓSITO?

ReúsoReúso: : aprovechamiento aprovechamiento benéfico benéfico

Suelos agrícolas y Suelos agrícolas y forestalesforestalesParques y jardinesParques y jardinesRestauración de suelosRestauración de suelos

•Depósito: destino final•Relleno sanitario•Monorrelleno•Zanjas

USO DE LODOS RESIDUALESUSO DE LODOS RESIDUALES

Imperio romano: desechos humanos en la agriculturaImperio romano: desechos humanos en la agricultura

Antiguos chinos: usaban Antiguos chinos: usaban night soilnight soil en la agriculturaen la agricultura

EUA (1880): 103 de 222 ciudades usaban los EUA (1880): 103 de 222 ciudades usaban los desechos humanos en la agriculturadesechos humanos en la agricultura

Tendencia actual: restricciones en la descarga al mar Tendencia actual: restricciones en la descarga al mar y depósito en rellenos sanitarios y depósito en rellenos sanitarios →→ la prioridad es la prioridad es aplicaciaplicacióón en suelosn en suelos

USO DE LODOS EN LA UEUSO DE LODOS EN LA UE

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

1992 1995 1998 2000 2005Año

Mas

a, m

iles d

e to

nela

das s

ecas

Aguas superficiales Reúso Relleno sanitario Incineración No especificado

Fuente: EEA, 2001.

PROBLEMÁTICA DE LOS LODOSPROBLEMÁTICA DE LOS LODOS

Representan hasta el 60% del Representan hasta el 60% del costo de O&M de una PTARcosto de O&M de una PTAR

En muchos casos no son En muchos casos no son revalorizadosrevalorizados

Requieren de un adecuado Requieren de un adecuado programa de manejoprograma de manejo

Contenido de microorganismosContenido de microorganismos

COSTO DEL TRATAMIENTO Y COSTO DEL TRATAMIENTO Y MANEJO DE LODOS MANEJO DE LODOS

0 200 400 600 800 1000 1200

Aplicación en suelos

Producción de composta

Secado

Incineración

Disposición en rellenos

Costo de tratamiento y disposición, USD/ton ST

Fuente: Hall, 1999.

BENEFICIOS DE LA MATERIA ORGÁNICA BENEFICIOS DE LA MATERIA ORGÁNICA EN BIOSÓLIDOS APLICADOS EN SUELOSEN BIOSÓLIDOS APLICADOS EN SUELOS

Mejora la estructura física del sueloMejora la estructura física del sueloEvita la erosiónEvita la erosiónIncrementa la retención de aguaIncrementa la retención de aguaFavorece el desarrollo de vegetaciónFavorece el desarrollo de vegetaciónFavorece el intercambio de aire a las raíces de las Favorece el intercambio de aire a las raíces de las plantasplantasIncrementa la capacidad de intercambio de Incrementa la capacidad de intercambio de nutrientes planta«suelonutrientes planta«sueloEl crecimiento de las plantas es más vigoroso y El crecimiento de las plantas es más vigoroso y disminuye el daño causado por insectosdisminuye el daño causado por insectos

NORMATIVIDADNORMATIVIDADUS EPA:US EPA:

Más de 20 años en Más de 20 años en desarrollarsedesarrollarseBase para muchos paísesBase para muchos paísesEstudios de riesgoEstudios de riesgo

Unión EuropeaUnión EuropeaEn desarrolloEn desarrollo

MéxicoMéxicoNOMNOM--004004--SEMARNATSEMARNAT--20022002

ESTUDIO DE RIESGO DE LAS VIAS DE ESTUDIO DE RIESGO DE LAS VIAS DE TRANSMISIÓN DE PATÓGENOS POR TRANSMISIÓN DE PATÓGENOS POR APLICACIÓN DE LODOS EN SUELOSAPLICACIÓN DE LODOS EN SUELOS

Número Descripción

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10 11 12 13 14

Suelo»Planta»Consumidor Lodo»Suelo»Planta»Hogar»Jardinero Lodo»Suelo»Niño (100% lodo) Lodo»Suelo»Planta»Animal»Humano Lodo»Animal»Humano Lodo»Suelo»Planta»Animal Lodo»Animal Lodo»Suelo»Planta Lodo»Suelo»Biota del suelo Lodo»Suelo»Biota del suelo»Depredador de la biota Lodo»Suelo»Polvo transportado por el aire»Humano Lodo»Suelo»Escurrimientos»Pescado»Humano Lodo»Suelo»Aire»Humano Lodo»Suelo»Agua subterránea»Humano

PROBABILIDAD ACUMULADA DEL PEOR PROBABILIDAD ACUMULADA DEL PEOR CASO DE EXPOSICIÓN AL CADMIO CASO DE EXPOSICIÓN AL CADMIO

(LODO » DIETA HUMANA(LODO » DIETA HUMANA))

Ocurrencia Probabilidad Probabilidad acumulada

El sujeto es un adolescente masculino El sujeto es jardinero El jardín produce únicamente vegetales El sujeto fertiliza con lodo El sujeto se alimenta únicamente de vegetales de su jardín El sujeto es vegetariano El sujeto se alimenta con vegetales de su jardín durante 50 años El jardín es fertilizado con grandes cantidades de lodo (500 ton/Ha) El jardín es fertilizado con lodo con altas concentraciones de cadmio

1 – 11.4 1 – 2.17

1 – 10 1 – 20

1 – 20 1 – 50

1 – 100

1 – 10

1 - 10

1 – 11.4 1 – 24.7

1 – 247

1 – 4,940

1 – 98,950 1 – 4’947,600

1 – 490 millones

1 – 4,900 millones

1 – 49,000 millones

CLASES DE LODOS RECONOCIDAS CLASES DE LODOS RECONOCIDAS POR LA EPAPOR LA EPA

Clase AClase APatógenos no detectablesPatógenos no detectablesContenido de metales reducidoContenido de metales reducidoAtracción de vectores reducidaAtracción de vectores reducida

Clase BClase BContenido de microorganismos reducidoContenido de microorganismos reducidoContenido de metales reducidoContenido de metales reducidoAtracción de vectores reducidoAtracción de vectores reducido

Calidad ExcepcionalCalidad ExcepcionalPatógenos no detectablesPatógenos no detectablesContenido de metales reducido significativamenteContenido de metales reducido significativamenteAtracción de vectores reducidaAtracción de vectores reducida

No limita orgánicos por no representar riesgo (0.22 No limita orgánicos por no representar riesgo (0.22 casos de casos de cancercancer en 70 años)en 70 años)

LIMITES PARA CUMPLIR CON LOS LIMITES PARA CUMPLIR CON LOS REQUERIMIENTOS DE LODOS REQUERIMIENTOS DE LODOS

CLASE ACLASE A

Bacterias patógenas, virus, y huevos de helmintos Bacterias patógenas, virus, y huevos de helmintos por debajo de los límites detectables:por debajo de los límites detectables:

Menos de 1,000 NMP/g ST de coliformes fecalesMenos de 1,000 NMP/g ST de coliformes fecalesMenos de 3 NMP/4 g ST de Menos de 3 NMP/4 g ST de salmonellasalmonellaMenos de 1 unidad formadora de virus/4 g STMenos de 1 unidad formadora de virus/4 g STMenos de 1 huevo viable de helminto/4 g STMenos de 1 huevo viable de helminto/4 g ST

PROCESOS QUE REDUCEN PROCESOS QUE REDUCEN SUSTANCIALMENTE LOS PATÓGENOS (PFRP, SUSTANCIALMENTE LOS PATÓGENOS (PFRP,

LODOS CLASE A)LODOS CLASE A)

Producción de Producción de compostacompostaSecado térmicoSecado térmicoTratamiento térmicoTratamiento térmicoDigestión aerobia Digestión aerobia termofílicatermofílicaRadiación con rayos betaRadiación con rayos betaRadiación con rayos gamaRadiación con rayos gamaPasteurizaciónPasteurización

ALTERNATIVAS PARA CUMPLIR CON LOS ALTERNATIVAS PARA CUMPLIR CON LOS REQUERIMIENTOS DE LODOS REQUERIMIENTOS DE LODOS

CLASE BCLASE B

1. Monitoreo1. MonitoreoLa media geométrica de 7 muestras analizadas La media geométrica de 7 muestras analizadas para coliformes fecales deberá ser < 2 x 10para coliformes fecales deberá ser < 2 x 1066 NMP NMP o UFC/g sólidoso UFC/g sólidos

2. Tratar los lodos mediante un proceso que reduzca 2. Tratar los lodos mediante un proceso que reduzca significativamente los patógenos (PRSP)significativamente los patógenos (PRSP)

3. Tratar los lodos mediante un proceso equivalente 3. Tratar los lodos mediante un proceso equivalente a los PRSPa los PRSP

Esta determinación la toma la EPA en Esta determinación la toma la EPA en determinados casos determinados casos

PROCESOS QUE REDUCEN PROCESOS QUE REDUCEN SIGNIFICATIVAMENTE LOS PATÓGENOS SIGNIFICATIVAMENTE LOS PATÓGENOS

(PRSP, LODOS CLASE B)(PRSP, LODOS CLASE B)

Digestión aerobiaDigestión aerobia

Secado con aireSecado con aire

Digestión anaerobiaDigestión anaerobia

Producción de Producción de compostacomposta

Estabilización con cal Estabilización con cal

NORMATIVIDAD EN MÉXICONORMATIVIDAD EN MÉXICO

NOMNOM--004004--SEMARNATSEMARNAT--20022002Publicada en agosto de 2003 en el DOFPublicada en agosto de 2003 en el DOFAprovechamiento y disposición final de lodos Aprovechamiento y disposición final de lodos yy biosólidosbiosólidosLímites de metalesLímites de metalesLímites de microorganismosLímites de microorganismosReducción de la atracción de vectoresReducción de la atracción de vectoresAplica para lodos Aplica para lodos no peligrososno peligrosos

NOMNOM--004004--SEMARNATSEMARNAT--20022002

75002800Zinc

420420Níquel

5717Mercurio

840300Plomo

43001500Cobre

30001200Cromo

8539Cadmio

7541Arsénico

BUENOS mg/kg

en base seca

EXCELENTES mg/kg

en base seca

CONTAMINANTE (determinados en forma

total)

NOMNOM--004004--SEMARNATSEMARNAT--20022002

Menor de 35Menor de 300Menor de 2'000,000C

Menor de 10Menor de 3Menor de 1,000B

Menor de 1 (a)Menor de 3Menor de 1,000A

Huevos de helmintos/g

en base seca

Salmonella spp. NMP/g en base seca

Coliformes fecales NMP/g en base seca

PARÁSITOSPATÓGENOSINDICADOR

BACTERIOLÓGICO DE CONTAMINACIÓN

CLASE

(a) Huevo viable

EN MÉXICO:EN MÉXICO:

33 % de la población infectada por 33 % de la población infectada por AscarisAscaris (Biagi, 1990)(Biagi, 1990)∼∼ 7 millones de casos de diarrea aguda7 millones de casos de diarrea aguda∼∼ 1 mill1 millóón de casos de helmintiasis n de casos de helmintiasis anualesanualesAlta incidencia de enfermedades Alta incidencia de enfermedades gastrointestinales en zonas de riegogastrointestinales en zonas de riego

CALIDAD DE LODOSCALIDAD DE LODOS

País Tipo de lodoColiformes

fecales, NMP/g ST

Salmonella spp., NMP/g

ST

Huevos de helmintos,

huevos/g STGhana lagunas 104 --- 76Egipto primario líquido --- --- 45.9Estados Unidos

primarios y secundarios hasta 107 hasta 102 0.1 - 11.7

México fisicoquímico hasta 1011 hasta 108 36 - 150

EN MÉXICO:EN MÉXICO:

Infraestructura (2000):Infraestructura (2000):777 plantas de tratamiento municipales777 plantas de tratamiento municipales22% del agua residual generada recibe 22% del agua residual generada recibe tratamiento (14% en America Latina y el tratamiento (14% en America Latina y el Caribe; WHO/UNICEF, 2000)Caribe; WHO/UNICEF, 2000)

Proyectado:Proyectado:140 ciudades con plantas de tratamiento140 ciudades con plantas de tratamientoGeneración de lodos Generación de lodos →→ 640,000 ton/año640,000 ton/año

LODOS EN MEXICOLODOS EN MEXICODescargados al drenaje Descargados al drenaje →→ relleno sanitariorelleno sanitario

Pocas plantas cuentan con tratamiento de lodosPocas plantas cuentan con tratamiento de lodos

Contenido de microorganismosContenido de microorganismos

Aplicación de diversos procesosAplicación de diversos procesos

Estudios piloto (Chihuahua, Estudios piloto (Chihuahua, Ciudad Juárez, Monterrey, Ciudad Juárez, Monterrey, Puebla, Toluca)Puebla, Toluca)

ESTUDIO DE CALIDAD DE ESTUDIO DE CALIDAD DE LODOS EN MÉXICOLODOS EN MÉXICO

Muestreo de 37 plantas de tratamientoMuestreo de 37 plantas de tratamiento17 primera etapa (2000)17 primera etapa (2000)20 segunda etapa (2002)20 segunda etapa (2002)

Capacidad conjunta de 17 mCapacidad conjunta de 17 m33/s (/s (∼∼10% 10% de la capacidad nacional)de la capacidad nacional)Gastos de operación de 1 a 2,300 L/sGastos de operación de 1 a 2,300 L/sLodos biológicos y fisicoquímicosLodos biológicos y fisicoquímicos

MUESTREOSMUESTREOS

MUESTREOSMUESTREOS

RESULTADOS: coliformes RESULTADOS: coliformes fecalesfecales

5.46.02.07.2

0

2

4

6

8

10

Crudo Estabilizado con cal Digeridoaerobiamente

Digeridoanaerobiamente

Tipo de lodo

Col

iform

es fe

cale

s, lo

g(N

MP/

g ST

)

Clase B

Clase C

RESULTADOS: RESULTADOS: SalmonellaSalmonellasppspp..

3.64.0

1.7

4.9

0

2

4

6

8

10

Crudo Estabilizado concal

Digeridoaerobiamente

Digeridoanaerobiamente

Tipo de lodo

Salm

onel

la s

pp.,

log(

NM

P/g

ST)

.

Clase C

Clase B

RESULTADOS: huevos de RESULTADOS: huevos de helmintos viableshelmintos viables

32.37.615.872.60

20

40

60

80

100

120

Crudo Estabilizado con cal Digeridoaerobiamente

Digeridoanaerobiamente

Tipo de lodo

Hue

vos

viab

les

de h

elm

into

s, h

uevo

s/g

ST

.

Clase A

Clase B

RESULTADOS: huevos de RESULTADOS: huevos de helmintoshelmintos

0%

20%

40%

60%

80%

100%

Ascaris spp. Hymenolepisspp.

Trichuris spp. Toxocara spp.

PRUEBAS DE TRATAMIENTOPRUEBAS DE TRATAMIENTO

Cal:Cal:15 15 –– 40% CaO 40% CaO

AmoníacoAmoníaco10 10 –– 50% NH50% NH33

Ácido peracéticoÁcido peracético550 ppm550 ppm

PRUEBAS DE TRATAMIENTO PRUEBAS DE TRATAMIENTO CON CALCON CAL

0

2

4

6

8

10

12

0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45%Dosis de CaO (% peso/peso)

Col

ifor

mes

feca

les

y Sa

lmon

ella

spp

.lo

g(N

MP

/g S

T)

.

0

10

20

30

40

50

60

Hue

vos

de H

elm

into

, hue

vos/

g ST

Coliformes fecales Salmonella sp. Huevos de helminto

PRUEBAS CON AMONIACOPRUEBAS CON AMONIACO

0

2

4

6

8

10

0% 10% 20% 30% 40% 50%Dosis de NH3

Bac

teri

as,

log(

NM

P/g

ST)

0

20

40

60

80

100

120

140

Hel

min

tos,

hue

vos/

g S

T

Coliformes fecales Salmonella spp.Huevos de helmintos

PRUEBAS CON ACIDO PRUEBAS CON ACIDO PERACETICOPERACETICO

0

2

4

6

8

10

0 5 10 15 20 25 30 35Tiempo, min

Colif

orm

es fe

cale

s, lo

g(NM

P/g

ST)

.

0

20

40

60

80

100

120

140Coliformes fecales Salmonella spp

Huevos de helmintos

OTROS ESTUDIOSOTROS ESTUDIOS

CompostaComposta

VermicompostaVermicomposta

IrradiaciónIrradiación

Digestión Digestión termofílicatermofílica

RESTAURACIÓN DE SUELOS RESTAURACIÓN DE SUELOS CONTAMINADOS POR CONTAMINADOS POR

EMISIONES INDUSTRIALESEMISIONES INDUSTRIALES

APLICACIÓN DE LODOS EN MAÍZAPLICACIÓN DE LODOS EN MAÍZ

SIN LODOS CON LODOS

APLICACIÓN DE LODOS EN MAÍZAPLICACIÓN DE LODOS EN MAÍZ

TESTIGOLODOS FERTILIZANTE

APLICACIÓN EN CEMPASUCHILAPLICACIÓN EN CEMPASUCHIL

• Lodo tratado con ácidoperacético

• Aplicación en tepetates

• Incremento de productividad de 600 a >1,000% en 4 meses

CONCLUSIONESCONCLUSIONES

Necesario contar con programas de Necesario contar con programas de manejo integral de lodos (desde la manejo integral de lodos (desde la generación hasta la aplicación)generación hasta la aplicación)

Lodos crudos con altas concentraciones Lodos crudos con altas concentraciones de microorganismos (reflejo de niveles de de microorganismos (reflejo de niveles de salud)salud)

Necesario aplicar procesos eficientes en Necesario aplicar procesos eficientes en remoción microbiológicaremoción microbiológica

CONCLUSIONESCONCLUSIONES

Necesario operar de manera adecuada los Necesario operar de manera adecuada los procesos existentes (procesos complementarios: procesos existentes (procesos complementarios: alta temperatura, reactivos químicos?)alta temperatura, reactivos químicos?)

Continuar estudiando procesos noContinuar estudiando procesos no--convencionales convencionales para tratar los lodospara tratar los lodos

No existe una solución universal, cada aplicación No existe una solución universal, cada aplicación es diferentees diferente

COMENTARIOS FINALESCOMENTARIOS FINALESLosLos biosólidosbiosólidos son tan valiosos por sus son tan valiosos por sus propiedades benéficas que llegan a ser propiedades benéficas que llegan a ser vendidos en $190 USD/ton vendidos en $190 USD/ton

No existe un solo caso documentado de No existe un solo caso documentado de enfermedades en animales o humanos por el enfermedades en animales o humanos por el uso deuso de biosólidosbiosólidos en EUAen EUA

El uso deEl uso de biosólidosbiosólidos reduce el consumo de reduce el consumo de fertilizantes y recicla un producto naturalfertilizantes y recicla un producto natural

COMENTARIOS FINALESCOMENTARIOS FINALESSu uso en restauración de suelos es la mejor Su uso en restauración de suelos es la mejor solución encontrada hasta ahorasolución encontrada hasta ahora

LosLos biosólidosbiosólidos que han sido tratados por un que han sido tratados por un proceso que reduzca los patógenos no proceso que reduzca los patógenos no representan ningún riesgo de transmisiónrepresentan ningún riesgo de transmisión

Son tan valorados que se transportan de Nueva Son tan valorados que se transportan de Nueva YorkYork hasta Texas para aplicarloshasta Texas para aplicarlos