Lodos

Química. Aplicación. Suelo. Agus residuales. Terrenos uso agrícola. Forestal. Marginales. Especiales. Evacuación. Caracterísitcas. Contenido orgánico. Patógenos. Nutrientes. Metales. Materia orgánica. Normativa. Métodos. Aplicación

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  • Idioma: castellano
  • País: Nicaragua Nicaragua
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INTRODUCCIÓN

Los lodos tienen múltiples utilidades. Entre ellas se destacan la aplicación del lodo a los suelos como una de las formas de su disposición final. Esta actividad se ha venido realizando con éxito durante décadas. El interés de la aplicación de los lodos al suelo ha aumentado en los últimos años como consecuencia de la menor disponibilidad y viabilidad de otras opciones de gestión de los lodos tales como la evacuación a vertederos controlados, la incineración y la evacuación al mar.

La aplicación al suelo de lodos de aguas residuales urbanas se define como la distribución del fango sobre el terreno o inmediatamente por debajo de la superficie del mismo; el lodo se puede aplicar en:

  • Terrenos de uso agrícola.

  • Terrenos de uso forestal.

  • Terrenos marginales.

  • Terrenos especialmente preparados para la evacuación de lodos.

  • En los cuatro casos, la aplicación al suelo se diseña con el objetivo de conseguir un tratamiento adicional de los lodos. La luz solar, los microorganismos que habitan el terreno y la desecación, se combinan para destruir los organismos patógenos y muchas de las sustancias toxicas presentes en el lodo. Los metales de traza se quedan atrapados en la matriz del suelo y los nutrientes que consumen las plantas los convierten en biomasa útil. En los tres primeros casos, los lodos se utilizan como un recurso valioso para la mejora del terreno. El lodo actúa como acondicionador del suelo para facilitar el trasporte de los nutrientes, aumentar la retención de agua y mejorar la aptitud del suelo para el cultivo. El lodo también sirve como un sustitutivo parcial de fertilizantes químicos caros.

    Los pasos que hay que seguir para adoptar un sistema de aplicación al suelo son:

  • Caracterización de la cantidad y calidad del lodo.

  • Revisión de las normas locales, estatales y federales aplicables.

  • Evaluación y elección del emplazamiento y de la opción de evacuación.

  • Determinar los parámetros de diseño del proceso - cargas, superficie de terreno necesario, métodos y calendario de aplicación.

  • Como habíamos mencionado antes, para aplicar los lodos tratados al suelo se deben adoptar ciertos pasos para obtener mejores beneficios y evitar perjuicios al medio y al hombre como por ejemplo la intoxicación.

    Características del lodo que afectan su aplicación al suelo

    La aplicación del lodo que afectan a su aptitud para la aplicación al suelo o al diseño de los sistemas de aplicación, incluye el contenido en materia orgánica (normalmente medio como sólidos volátiles), nutrientes, metales compuestos orgánicos tóxicos.

    • Contenido orgánico y de patógenos. La materia orgánica desagradable presente en el lodo no estabilizado puede originar problemas de olores y atraer vectores (moscas mosquitos y roedores) a los lugares de aplicación. Los patógenos (bacterias, virus, protozoos y huevos de gusanos parásitos) se concentran en el lodo y pueden propagar enfermedades. En caso que exista contacto con el hombre. Para cumplir los límites prescritos, el contenido en materia orgánica y patógena se debe reducir considerablemente antes de la aplicación al suelo mediante procesos de tratamiento previos.

    • Nutrientes. Los principales nutrientes de las plantas -nitrógeno, fósforo y potasio -no se eliminan substancialmente durante el tratamiento del lodo, pero son consumidos por las plantas una vez aplicado el lodo al suelo. El nitrógeno suele ser el nutriente de mayor interés en la aplicación al suelo, debido al riesgo de contaminación de aguas subterráneas. Por lo tanto, el consumo de nitrógeno por parte de la vegetación es un parámetro clave del diseño a la hora de determinar las tasas de aplicación del lodo. Cuando se acompaña el contenido del lodo de agua residual con el de los fertilizantes comerciales, se puede observar que, en la mayoría de los casos, el lodo de agua residual solo puede satisfacer parte de las necesidades globales de nutrientes de las plantas.

    • Metales y materia orgánica. Los lodos de agua residuales contienen metales de traza y compuestos orgánicos que quedan atrapados en el suelo y crean posibles riesgos tóxicos para las plantas, animales y el hombre. El metal que mayor atención merece es el cadmio, puesto que se puede acumular en las plantas hasta alcanzar niveles que resultan tóxicos para el hombre y para los animales sin llegar a ser toxico para las plantas (fototoxicidad). Debido a la gran variedad de las concentraciones de constituyentes presentes en los diferentes lodos, en los casos que se considera la alternativa de aplicación del lodo al suelo será necesario realizar una caracterización completa de aquél.

    Los lodos de aguas residuales también tienen compuestos orgánicos cuya degradación en el suelo es un proceso lento, como es el caso de hidratos de carbono. El principal problema generado por este tipo de substancias no esta relacionado en el consumo por parte de las demás plantas, que no se produce, sino por la ingestión directa de los animales, especialmente por animales que pastan en terrenos tratados con lodos. También existe evidencia que compuestos orgánicos pueden ser absorbidos en la superficie de cultivos tales como las zanahorias, como consecuencia de ello, en el diseño de sistemas de aplicación de lodos al suelo será necesario establecer valores limite de carga para compuestos orgánicos específicos.

    Normativas

    Se deben preparar normas para el uso y evacuación del fango. Estas normas deben exigir el análisis detallado del fango para la identificación y caracterización de sus constituyentes para determinar su aptitud para la aplicación al suelo. También se deben establecer cargas máximas para anuales así como cargas máximas acumuladas, en función del uso del terreno para fines agrícolas o no agrícolas. Las medidas encaminadas a la presencia de la reducción de la presencia de patógenos también deben ser, así mismo, establecidas.

    Para la aplicación del fango al suelo, se tienen que considerar varios niveles de control de patógenos mediante diferentes métodos de estabilización:

  • Procesos que reducen notablemente la presencia de patógenos (PSRP)

  • Procesos de reducción adicional de la presencia de patógenos (PFRP)

  • El fango aplicado a la superficie del suelo o incorporado al mismo se debe tratar con procesos PSRP. El fango aplicado en terrenos en los que se cultiven productos para el consumo humano se debe tratar mediante procesos PFRP. La digestión aerobia, el secado con aire, la digestión anaerobia, el compostaje y la estabilización con cal, son ejemplos son ejemplos de procesos de estabilización PSRP. El compostaje, el secado térmico, el tratamiento térmico y la digestión aerobia-termofílica, son ejemplos de procesos PFRP.

    Selección y evaluación del emplazamiento

    Un aspecto crítico en la aplicación del fango al suelo as la localización de un emplazamiento adecuado. Las características del emplazamiento determinarán el diseño final e influirán en la efectividad global del sistema de aplicación al suelo. Los emplazamientos que hay que considerar como adecuados dependerán de la opción u opciones consideradas (aplicación a terrenos de cultivos, bosques, etc.). El proceso de selección del emplazamiento debe incluir un barrido inicial basado en los factores y criterios descritos en los siguientes apartados. Una vez reducido el número de posibles emplazamientos, cada uno de ellos se deberá estudiar a fondo, teniendo en cuenta las técnicas de explotación y los efectos ambientales. A efectos de análisis previo de los emplazamientos, es necesario disponer de una estimación inicial de la superficie de terreno necesaria para cada una de las opciones de aplicación considerada. Las características físicas del emplazamiento que merecen especial atención son la topografía, la permeabilidad del suelo, el drenaje, la profundidad hasta el nivel freático, la geología sub-superficial, la cercanía a zonas críticas y la accesibilidad.

    • Topografía. La topografía es importante por cuanto afecta el potencial de erosión y escorrentía superficial del fango aplicado, lo cual afecta el funcionamiento de los equipos.

    • Suelos. En general, los suelos más indicados para la aplicación al terreno son:

  • Suelos de permeabilidades relativamente bajas (0.5 a 1.5cm/h)

  • Suelos entre moderadamente bien y bien drenados

  • Suelos alcalinos o neutros (pH > 6.5) que permitan el control de la solubilidad de los metales

  • Estratos profundos de textura relativamente fina, que permitan gran capacidad de almacenamiento de humedad y de nutrientes.

  • Si el proyecto y explotación son adecuados, casi la totalidad de los suelos son adecuados para la aplicación de fango al terreno.

    • Profundidad hasta el nivel freático. La preocupación por que la aplicación del fango al suelo, de acuerdo con la buena práctica agronómica, no afecte en mayor medida a las aguas subterráneas que a las prácticas agrícolas existentes, es una filosofía básica inherente a las normas estatales y federales que hay que tener en cuenta en las actividades de aplicación del fango al suelo. Normalmente, cuanto mayor sea la profundidad al nivel freático, más aconsejable resulta la selección del emplazamiento. La presencia de fallas, tubificaciones, y otras conexiones similares entre el suelo y las aguas subterráneas, son condiciones no deseables, a no ser que la profundidad del estrato superficial sea adecuada. Una vez seleccionados uno o varios emplazamientos específicos, puede ser necesario llevar a cabo una investigación detallada sobre el terreno para la obtención de información acerca de las aguas subterráneas.

    • Accesibilidad y proximidad a zonas críticas. Los emplazamientos para la aplicación del fango al suelo deben contemplar una distancia de amortiguación respecto a urbanizaciones, viviendas, aguas superficiales, pozos de agua y carreteras. Es importante establecer las distancias reales entre los emplazamientos previstos y cada uno de estos elementos. Las distancias de amortiguación suelen estar marcadas por normas locales o estatales. Es preferible que los emplazamientos sean aislados; sin embargo, el aislamiento del emplazamiento no debe generar problemas de acceso. Las distancias de amortiguación pueden variar entre 15 y 450 metros en función del tipo de aplicación y del tipo de zona crítica (urbanización residencial, estanques y lagos, niveles altos de agua, etc.). la distancia a vías de transporte principales, tales como vías de tren, autopistas, o canales navegables, puede obligar a la construcción de carreteras o conducciones de acceso.

    Cargas de aplicación de proyecto

    Las cargas de aplicación de lodo de proyecto, tanto para la aplicación de terrenos de uso agrícola como no agrícola, están controladas por los limites de concentraciones de contaminantes establecidos en las normativas aplicables, o por las cargas de nutrientes necesarias para satisfacer la demanda de la vegetación. Normalmente el nutriente de mayor demanda es el nitrógeno.

    • Tasas de aplicación basadas en las cargas de contaminantes. Para la aplicación a terreno de uso agrícola (definido como terreno utilizado para cultivos de uso directo o indirecto por parte del hombre, o para alimentación animal), se pueden establecer límites de cargas anuales de contaminantes y cargas acumuladas máximas. Además, las normas aplicables también pueden limitar la carga anual máxima de lodo (toneladas secas/ha).

    Para la aplicación a terrenos de uso no agrícola (bosques, terrenos marginales o recuperados y terrenos dedicados específicamente de otros para la evacuación del lodo), también se puede establecer limites de las cargas de contaminantes. En general, en los terrenos marginales y en los dedicados a evacuación de lodos, las limitaciones se suelen basar, exclusivamente en las cargas de contaminantes.

    En lodos que contienen cantidades importantes de contaminantes, los límites de aplicación anuales pueden depender de uno de sus constituyentes como el cadmio. Como se ha comentado antes, los límites establecidos para la aplicación del cadmio pueden hacer que no se satisfaga la demanda de nitrógeno necesario para el crecimiento de la vegetación. La cantidad acumulada de lodo que se puede aplicar se basa en los límites de aplicación de contaminantes que se pueden obtener de la siguiente expresión:

    Rm =

    Donde Rm = cantidad máxima de lodo que se puede aplicar a lo largo de la vida

    Útil del emplazamiento, ton secas/ha.

    Lm = cantidad máxima del contaminante que se puede aplicar a lo largo de

    la vida útil del emplazamiento especificada en las normativas

    aplicables, kg de contaminante/ha.

    Cm = contenido porcentual de contaminante en el lodo, expresado en tanto

    por uno,(p.e. para un lodo con 50 ppm de cadmio, Cm =0.00005).

    • Tasas de aplicación basadas en las cargas de nutrientes. La aplicación del lodo de proyecto a terrenos agrícolas y/o forestales, se basa en el uso del lodo de agua residual como fertilizante. En la mayoría de los casos, la tasa de aplicación de lodo se basa en la satisfacción de la demanda de nitrógeno en los cultivos, aunque algunos sistemas se han proyectado basándose en la carga de fósforo. Las cargas de proyectos también deben respetar los límites de aplicación de cargas contaminantes descritas anteriormente. Como consecuencia de ello, la tasa de aplicación final será la menor de las obtenidas a partir de las cargas de nutrientes y contaminantes.

    • Limitaciones de nitrógeno. El cálculo de las tasas de aplicación de lodo basadas en los límites establecidos para la aplicación de nitrógeno es complejo, debido a que gran parte del nitrógeno presente en el lodo está en forma orgánica, hecho que comporta una mineralización lenta y una conversión en el suelo a formas aptas para el consumo de la vegetación que puede llevar varios años. La cantidad anual de nitrógeno disponible aportado por la aplicación de lodo se puede estimar utilizando la siguiente ecuación:

    Na = (1.000)[(NO3 +kv(NH4) + fn(NO)]

    Donde:

    Na= cantidad de nitrógeno contenido en el lodo disponible anualmente para

    el consumo de las plantas, kg nitrógeno/ton sólidos secos*año

    NO3= porcentaje de nitratos presentes en el lodo, expresado en tanto por

    uno.

    k = factor de volatilización del amoniaco

    = 0.5 en sistemas de aplicación de lodo liquido por riego o aspersión.

    = 1.0 para el lodo liquido incorporado o lodo deshidratado.

    NH4= porcentaje de amoniaco presente en el lodo, expresado en tanto por

    uno.

    fn= factor de mineralización del primer año.

    No= porcentaje de nitrógeno orgánico presente en el lodo, expresado en

    tanto por uno.

    La cantidad total de nitrógeno disponible en un determinado año es la cantidad disponible por la aplicación del lodo durante el año, (Na), más la cantidad disponible como consecuencia de la mineralización del lodo aplicado durante los años anteriores (Nap). De esta forma, la cantidad anual de aplicación de lodo, basada en la aplicación de nitrógeno, se calcula mediante la siguiente expresión:

    donde Rn= la tasa anual de aplicación durante el n-ésimo año, (ton/ha*año).

    Un= el consumo anual de nitrógeno por parte de las plantas, (kg/ha).

    • Limitaciones de fósforo. En los casos en los que se especifica que el parámetro limitante es el consumo de fósforo por parte de los cultivos, la tasa de aplicación de lodo se calcula mediante la siguiente ecuación:

    donde Rp = la tasa de aplicación de lodo limitada por la carga de fósforo, (ton/ha*año).

    Up= consumo anual de fósforo por parte de los cultivos, (kg/ha*año).

    Cp= contenido porcentual de fósforo en el lodo, expresado como tanto por uno.

    Normalmente, se supone disponible el 50% del contenido total de fósforo en el lodo.

    • Necesidades de superficie. Una vez establecida la tasa de aplicación de proyecto, se debe calcular la superficie de terreno necesaria mediante la siguiente ecuación:

    donde A= superficie de aplicación necesaria, (ha).

    Qs= producción total de lodo (sólido y seco), (ton/año).

    Rd= tasa de aplicación de lodo de proyecto, (ton/año).

    Métodos de aplicación

    La selección del método de aplicación del lodo dependerá de las características físicas del lodo (líquido o deshidratado), la topografía del emplazamiento y del tipo de vegetación presente (cultivos de campo de ciclo anual, cultivos de forraje existentes, árboles o terrenos sembrados).

    • Aplicación del lodo líquido. La aplicación del lodo en estado líquido es interesante debido a su simplicidad. No es necesario llevar a cabo procesos de deshidratación , y el transporte del fango líquido se puede realizar por bombeo. Las concentraciones típicas de los lodos aplicados al terreno en estado líquido varian entre el 1 y el 10 por ciento. El lodo líquido se puede aplicar al terreno con el uso de vehículos o mediante métodos de riego similares a los empleados para la distribución de agua residual.

    La aplicación con vehículos se puede realizar por distribución en superficie o por inyección o incorporación subsuperficial. Las limitaciones que afectan a la aplicación con vehículos incluyen las dificultades de desplazamiento en suelos mojados, o la posible reducción de la compactación del suelo producida por el paso de los camiones.

    La distribución en superficie se puede conseguir mediante camiones cisterna equipados con tuberias de distribución. La aplicación superficial con vehículos es el método más comunmente empleado para la aplicación del lodo a terrenos de cultivos de campo y cultivos de forraje.

    En el caso de cultivos de ciclo anual, el procedimento más utilizado consiste en:

    1-Distribución del lodo antes de la siembra .

    2-Permitir el secado parcial del lodo.

    3-Incorporar el lodo al terreno por arado.

    Una vez realizada la cosecha, se repite el proceso.

    El lado líquido se puede inyectar por debajo de la superficie del terreno utilizando camiones cisterna con dispositivos de inyección, o se puede incorporar al terreno inmediatamente después de la aplicación superficial utilizando arados equipados con sistemas de distribución de lodos. Las ventajas atribuidas a la aplicación por inyección o inmediata incorporación al suelo incluye la minimización de las perdidas de amoníaco por volatilización, eliminación de la escorrentía superficial, y menor percepción del proceso llevado a cabo, lo cual contribuye a mejorar la aceptación pública de las actividades. El arado y el uso de sistemas de inyección interfieren notablemente en el crecimiento de los cultivos de forraje.

    Los sistemas de riego incluyen el uso de aspersores y el riego mediante surcos. El riego mediante surcos se puede utilizar para aplicar el lodo a cultivos en hilera durante la temporada de crecimento. Las desventajas asociadas a este tipo de actividad son la sedimentación localizada de sólidos y la posibilidad de acumulación del lodo en los surcos, circunstancias que pueden dar lugar a la generación de olores.

    • Aplicación de lodo deshidratado. La aplicación al suelo de lodo deshidratado es similar a la aplicación de abonos animales semisólidos. Las concentracines típicas del lodo deshidratado aplicado al terreno suelen variar entre el 15 y el 30%. La posibilidad de aplicación del lodo mediante distribuidores de abono convencionales constituye una ventaja importante, ya que los granjeros pueden aplicar el lodo al terreno con su propia maquinaria. El lodo deshidratado se suele esparcir utilizando cajas de distribución montadas sobre tractores o mediante esparcidores manuales, operaciones que se cumpletan con el arado del terreno.

    Otros usos beneficos del lodo

    Las ventajas obtenidas de la aplicación al suelo da como resultado que el lodo se puede distribuir y comercializar para usos residenciales y comerciales como enmienda y acondicionador de suelos. El lodo también se puede tratar químicamente para su estabilización y posterior uso como recubrimiento de vertederos contralados o para su uso en proyectos de recuperación o de tratamiento paisajistico de terrenos.

    Fijación química

    El proceso de fijación/solidificación química se ha empleado en el tratamiento de lodos de origen industrial y residuos peligrosos para inmobilizar los constituyentes no deseables. El proceso también se ha utilizado para estabilizar lodos urbanos para su uso como material para recubrimiento de vertederos y proyectos de recuperación de terrenos. El lodo estabilizado también se puede evacuar a vertederos controlados. El proceso de fijación química consiste en el mezclado del lodo crudo, lodo líquido tratado, o lodo deshidratado, con agentes estabilizadores tales como el cemento, silicato de sodio, materiales puzolánicos (silicatos finos), y cal, para que reaccione químicamente con el lodo o lo aísle. El proceso puede generar un producto de elevado pH, que inactiva las bacterias patógenas y virus. En muchos de los procesos es similar a la de las arcillas naturales.