Universidad de Costa Rica. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Civil

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Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil

Caracterización física, química y microbiológica de los lodos generados por los sistemas de tratamiento de aguas residuales ordinarias y sus posibles

usos

Trabajo Final de Graduación

Que para obtener el grado de Licenciatura en Ingeniería Civil

Presenta:

José Daniel Baudrit Truque (A70923)

Director de Proyecto de Graduación:

Ing. Luis Manuel Zamora González

Ciudad Universitaria Rodrigo Facio

Costa Rica, mayo, 2015

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lng. Lui.s Ma M.Sc. Floria Bertsch Hemández

Ing. Paola VidaiiRivera

1 ,

Pv ~d

~g.

Irene Campos Gómez José Daniel Baudrit Truque

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DERECHOS DE AUTOR Fecha: 2015, mayo, 10

El suscrito, José Daniel Baudrit Truque, cédula 1-1391-0950, estudiante de la carrera de Licenciatura en Ingeniería Civil de la Universidad de Costa Rica, con número de carné A70923, manifiesta que es autor del Proyecto Final de Graduación Caracterización física, química y microbiológica de los lodos generados por los sistemas de tratamiento de aguas residuales ordinarias y sus posibles usos, bajo la Dirección del Ing. Luis Manuel Zamora González, quien en consecuencia tiene derechos compartidos sobre los resultados de esta investigación.

Asimismo, hago traspaso de los derechos de utilización del presente trabajo a la Universidad de Costa Rica, para fines académicos: docencia, investigación, acción social y divulgación.

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DEDICATORIA Y AGRADECIMIENTO

Primero que nada agradecer a Dios y a mis papas que me han dado la oportunidad de estar donde estoy y ser quien soy. Segundo, a mi comité asesor y al personal del AyA que me ayudaron tanto en la realización de este informe.

Este trabajo es dedicado a mi papa, el Ing. Daniel Baudrit Ruiz, a quien no solo le debo la vida y mi persona, sino que también fue mi inspiración para escoger el campo de la Ingeniería Civil como carrera profesional, y que además es mi ejemplo a seguir, tanto profesional como personalmente.

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TABLA DE CONTENIDOS

Tabla de cuadros y figuras ... vi

I. GLOSARIO ... xvii

II. TÍTULO ... 23

III. JUSTIFICACIÓN ... 23

3.1 Antecedentes teóricos y prácticos ... 24

IV. OBJETIVOS ... 28

4.1 Objetivo General ... 28

4.2 Objetivos Específicos ... 28

V. DELIMITACIÓN DEL TEMA ... 29

5.1 Alcances ... 29

5.2 Limitaciones ... 29

VI. DESCRIPCIÓN DE LA METODOLOGÍA UTILIZADA ... 30

VII. MARCO TEÓRICO ... 33

7.1 Descripción de los sistemas a utilizar ... 44

7.1.1 Filtro Anaerobio de Flujo Ascendente ... 44

7.1.2 Reactor Anaeróbico de Flujo Ascendente ... 45

7.1.3 Lodos activados o Aireación extendida ... 48

7.1.4 Digestión aerobia ... 49

7.1.5 Digestión anaerobia ... 49

7.1.6 Estabilización química ... 50

VIII. ESTADO GENERAL DE LAS PLANTAS SELECCIONADAS ... 52

8.1 Criterios de selección ... 52

8.2 Estado general de las plantas de tratamiento de aguas residuales del AyA ... 55

8.3 Villa Verano ... 57

8.3.1 Ficha técnica ... 57

(6)

8.3.2 Observaciones generales ... 62

8.3.3 Efectividad del proceso... 63

8.3.4 Procedimiento de purga de lodos ... 67

8.3.5 Mantenimiento de la planta ... 68

8.3.6 Modificaciones al sistema original ... 68

8.3.7 Recomendaciones ... 69

8.4 Los Reyes ... 70

8.5 Santa Cecilia ... 83

8.6 André Challé ... 96

(7)

8.7 Boulevard Las Palmas ... 105

8.7.3 Efectividad del proceso ... 110

8.8 Bosques de Santa Ana ... 115

8.8.3 Efectividad del proceso ... 121

IX. USOS Y NORMATIVAS ... 125

9.1 Valorización de los lodos ... 125

9.1.1 Valorización agronómica ... 125

9.1 Reglamentos vigentes por país ... 127

9.1.1 Chile ... 127

9.1.2 México ... 132

(8)

9.1.3 España ... 135

9.1.4 Estados Unidos ... 137

9.1.5 Costa Rica ... 143

9.2 Valorización energética ... 145

9.2.1 Requerimientos para uso alterno de combustibles ... 146

9.3 Valoración material ... 147

9.3.1 Fabricación de blocks de concreto y ladrillos ... 148

9.3.2 Fabricación de adoquines de hormigón prefabricado ... 152

9.3.3 Fabricación de morteros ... 154

9.3.4 Utilización de cenizas ... 154

9.4 Propuesta de Reglamento para la gestión integral de lodos y biosólidos ... 156

9.4.1 Valorización agronómica ... 156

9.4.2 Valoración energética ... 162

X. ANÁLISIS DE RESULTADOS ... 164

10.1 Metodología de toma de muestras ... 164

10.2 Resultados ... 171

10.2.1 Comparación primer-segundo análisis ... 174

10.2.2 Comparación de los análisis realizados a los lodos con diferentes abonos utilizados en la actualidad. ... 179

10.2.3 Comparación del primer y segundo análisis con los límites máximos para metales pesados en las normas internacionales ... 182

10.2.4 Comparación por sistema de tratamiento ... 187

10.2.5 Comparación por tratamiento adicional realizado al lodo generado ... 193

10.2.6 Comparación por zona de vida equivalente ... 198

10.2.7 Comparación por población equivalente ... 200

10.2.8 Comparación por cumplimiento de norma vigente en el país ... 204

(9)

10.2.9 Comparación entre el agua de entrada, agua de salida y lodo generado ... 206

10.2.10 Comparación de análisis de lodos con propuesta de reglamento para lodos 210 XI. CONCLUSIONES ... 216

11.1 Generales ... 216

11.2 Usos ... 217

11.3 Reglamentos y propuesta ... 218

11.4 Comparaciones ... 218

XII. RECOMENDACIONES ... 220

12.1 Generales ... 220

12.2 Plantas estudiadas ... 221

12.3 Reglamentos y propuesta ... 222

XIII. BIBLIOGAFÍA ... 224

XIV. ANEXOS ... 230

14.1 Anexo 1. Contenido de los reportes operacionales de acuerdo con el Reglamento de Vertido y Reuso de Aguas Residuales... 231

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Tabla de cuadros y figuras

Figura 1. Usos de lodos residuales con base a su origen y los productos obtenidos de

diversos procesos ... 27

Figura 2. Metodologia utilizada en el Trabajo Final de Graduación. ... 31

Cuadro 1. Productos de la investigación y sus correspondientes contenidos de metales pesados. ... 34

Figura 3. Comportamiento general de la respuesta de los organismos hacia concentraciones de metales pesados: a) esenciales, b) tóxicos ... 35

Cuadro 2. Concentraciones promedio de contaminantes en el agua residual ordinaria. ... 43

Figura 4. Diagrama de funcionamiento de Filtro Anaerobio de Flujo Ascendente (FAFA) ... 45

Figura 5. Diagrama de funcionamiento de Reactor Anaerobio de Flujo Ascendente (RAFA). 46 Figura 6. Diagrama de funcionamiento de Filtro Percolador ... 47

Figura 7. Diagrama de sistema RAFA. ... 48

Figura 8. Diagrama de sistema Lodos Activados ... 50

Cuadro 3. Plantas de tratamiento de aguas residuales ordinarias seleccionadas administradas por el AyA junto con los criterios utilizados para su selección. ... 53

Cuadro 4. Límites máximos para los parámetros de análisis obligatorio de aguas residuales ordinarias vertidas en un cuerpo receptor. ... 55

Figura 9. Ubicación de la planta de tratamiento de aguas residuales de Villa Verano ... 58

Figura 10. Diagrama de planta de aguas residuales de Villa Verano. ... 59

Figura 11. Vista completa de la planta, Villa Verano. ... 61

Figura 12. Canal de entrada a FAFA, Villa Verano. ... 61

Figura 13. Salida de FAFA y cámara de salida, Villa Verano. ... 62

Figura 14. Vista de la altura del muro de la cámara de salida, Villa Verano. ... 63

(11)

Cuadro 5. Mejoras en la efectividad del proceso de tratamiento de aguas residuales de planta Villa Verano y cumplimiento del Reglamento de Vertido y Reuso de Aguas Residuales.

... 64

Figura 15. Localización de la planta de tratamiento de aguas residuales de Los Reyes. ... 71

Figura 16. Diagrama de planta de aguas residuales de Los Reyes. ... 72

Figura 17. Vista frontal de la planta, Los Reyes. ... 73

Figura 18. Cámara entrada con rejilla, Los Reyes. ... 73

Figura 19. Sedimentador primario, Los Reyes. ... 74

Figura 20. Tanque de aireación, Los Reyes. ... 74

Figura 21. Lecho de secado de lodos, Los Reyes. ... 75

Figura 22. Lodo en suspensión en sedimentador secundario, Los Reyes. ... 76

Cuadro 6. Mejoras en la efectividad del proceso de tratamiento de aguas residuales de planta Los Reyes y cumplimiento del Reglamento de Vertido y Reuso de Aguas Residuales. 77 Figura 23. Lámina plástica sobre lechos de secado, Los Reyes. ... 81

Figura 24. Localización de la planta de tratamiento de aguas residuales de Santa Cecilia. .. 84

Figura 25. Diagrama de la planta de aguas residuales de Santa Cecilia. ... 85

Figura 26. Cámara de entrada con rejillas, Santa Cecilia. ... 85

Figura 27. Desarenador, Santa Cecilia. ... 86

Figura 28. Entrada a RAFA, Santa Cecilia. ... 86

Figura 29. Paso de RAFA a filtro percolador, Santa Cecilia. ... 87

Figura 30. Filtro percolador, Santa Cecilia. ... 87

Figura 31. Sedimentador secundario, Santa Cecilia. ... 88

Figura 32. Lecho de secado de lodos, Santa Cecilia. ... 88

Figura 33. Estado de los tanques de almacenamiento de biogás, Santa Cecilia. ... 89

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Cuadro 7. Mejoras en la efectividad del proceso de tratamiento de aguas residuales de planta Santa Cecilia y cumplimiento del Reglamento de Vertido y Reuso de Aguas Residuales.

... 90

Figura 34. Válvulas para el control del nivel de lodos en el reactor, Santa Cecilia. ... 94

Figura 35. Localización de la planta de tratamiento de aguas residuales de André Challé. .. 97

Figura 36. Diagrama de planta de aguas residuales de André Challé. ... 98

Figura 37. Cámara de entrada con rejillas, André Challé. ... 99

Figura 38. Vista frontal de la planta donde se observa estado general de la infraestructura. ... 99

Figura 39. Sedimentador secundario, André Challé. ... 100

Figura 40. Digestor de lodos aeróbico, André Challé. ... 100

Figura 41. Lecho de secado de lodos, André Challé. ... 101

Cuadro 8. Mejoras en la efectividad del proceso de tratamiento de aguas residuales de planta André Challé y cumplimiento del Reglamento de Vertido y Reuso de Aguas Residuales. ... 102

Figura 42. Localización de la planta de tratamiento de aguas residuales de Boulevard las Palmas. ... 106

Figura 43. Diagrama de planta de aguas residuales de Boulevard las Palmas. ... 107

Figura 44. Cámara de entrada con rejillas y desarenador, Boulevard las Palmas. ... 108

Figura 45. Tanque de aireación, Boulevard las Palmas. ... 108

Figura 46. Sedimentador secundario, Boulevard las Palmas. ... 109

Figura 47. Digestor de lodos aerobio, Boulevard las Palmas. ... 109

Figura 48. Lecho de secado de lodos, Boulevard las Palmas. ... 110

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Cuadro 9. Mejoras en la efectividad del proceso de tratamiento de aguas residuales de planta Boulevard las Palmas y cumplimiento del Reglamento de Vertido y Reuso de Aguas

Residuales. ... 111

Figura 49. Consistencia y aspecto del lodo de la planta de Boulevard las Palmas ya deshidratado, listo para ser dispuesto. ... 113

Figura 50. Localización de la planta de tratamiento de aguas residuales de Bosques de Santa Ana. ... 116

Figura 51. Diagrama de la planta de tratamiento de aguas residuales de Bosques de Santa Ana. ... 117

Figura 52. Cámara de entrada con rejillas, Bosques de Santa Ana. ... 118

Figura 53. Pozo de impulsión de agua para entrada al RAFA, Bosques de Santa Ana. ... 118

Figura 54. Reactor anaeróbico de flujo ascendente (RAFA), Bosques de Santa Ana. ... 119

Figura 55. Sedimentador secundario, Bosques de Santa Ana. ... 119

Figura 56. Digestor de lodos anaerobio, Bosques de Santa Ana. ... 120

Figura 57. Lecho de secado de lodos, Bosques de Santa Ana. ... 120

Figura 58. Válvulas para control de nivel de lodo en el RAFA, Bosques de Santa Ana. ... 121

Cuadro 10. Mejoras en la efectividad del proceso de tratamiento de aguas residuales de planta Bosques de Santa Ana y cumplimiento del Reglamento de Vertido y Reuso de Aguas Residuales. ... 122

Cuadro 11. Principales características físicas de los lodos. ... 125

Cuadro 12. Parámetros máximos por clase de lodo. ... 128

Cuadro 13. Concentraciones máximas en lodos para aplicación en suelos... 129

Cuadro 14. Concentración máxima de metales en suelo receptor. ... 130

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Cuadro 15. Rango de aplicación dependiendo de la clase de lodo y el contenido de metales

pesados. ... 131

Cuadro 16. Frecuencia de análisis a efectuar en los lodos. ... 132

Cuadro 18. Concentraciones máximas en lodos para aplicación en suelos. ... 133

Cuadro 19. Rango de aplicación dependiendo de la clase de lodo y el contenido de metales pesados. ... 134

Cuadro 20. Frecuencia de muestreo y análisis para lodos y biosólidos. ... 134

Cuadro 22. Concentración máxima de metales en suelo receptor. ... 135

Cuadro 24. Parámetros a analizar. ... 136

Cuadro 27. Tasa de aplicación acumulativa de lodos en suelos. ... 140

Cuadro 28. Concentraciones mensuales promedio en lodos para aplicación en suelos. ... 141

Cuadro 29. Tasa de aplicación anual de lodos en suelos. ... 141

Cuadro 30. Rango de aplicación por clase de lodos... 142

Cuadro 33. Rango de aplicación dependiendo de la clase de lodo y el contenido de metales pesados. ... 144

Cuadro 35. Poder calorífico de aditivos utilizados en la fabricación de cerámicas. ... 150

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Cuadro 36. Comparación de ladrillos con y sin lodo. ... 151 Cuadro 37. Análisis granulométrico del lodo en comparación con arena. ... 153 Cuadro 38. Resultado de la concentración de metales pesados (mg/L) del lodo seco de prueba por el ensayo de lixiviación DIN 38414-S4 y los límites de concentración. ... 153 Cuadro 39. Resultado de la lixiviación del lodo de prueba según NEN-7341. ... 153 Cuadro 40. Resumen de los usos alternos de lodo que producen algún tipo de valorización y los requisitos que deben cumplir. ... 155 Cuadro 41. Límites máximos para parámetros de organismos patógenos por clase de lodo.

... 157 Cuadro 42. Concentraciones máximas de metales pesados en lodos para su aplicación en suelos. ... 160 Cuadro 44. Rango de aplicación dependiendo de la clase de lodo y el contenido de metales pesados. ... 161 Cuadro 45. Granulometría de materiales utilizados para la fabricación de hormigón. ... 163 Figura 59. Configuración general utilizada para la toma de la muestra desde el lecho de secado de lodos. ... 165 Figura 60. Lodo contenido en el lecho de secado de la planta de tratamiento André Challé, justo antes de la toma de la muestra. ... 166 Figura 61. Lodo contenido en el lecho de secado de la planta de tratamiento Bosques de Santa Ana, justo antes de la toma de la muestra. ... 166 Figura 62. Lodo contenido en el lecho de secado de la planta de tratamiento Boulevard las Palmas, justo antes de la toma de la muestra. ... 167 Figura 63. Lodo contenido en el lecho de secado de la planta de tratamiento Los Reyes, justo antes de la toma de la muestra. ... 167

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Figura 64. Lodo residual del lecho de secado de la planta de tratamiento Santa Cecilia. .. 168 Figura 65. Diagrama con puntos para la toma de muestra de lodos de la planta de Villa Verano. ... 169 Cuadro 46. Fechas de muestreo y estado del tiempo. ... 170 Cuadro 46. Resultados de los análisis realizados a los lodos de las diferentes plantas de tratamiento. ... 172 Cuadro 47. Condiciones experimentales durante el secado solar de los lodos residuales. . 174 Cuadro 48. Comparación del primer análisis realizado en los lodos de las plantas de tratamiento, con diferentes abonos utilizados en la actualidad. ... 180 Cuadro 49. Comparación del segundo análisis realizado en los lodos de las plantas de tratamiento, con diferentes abonos utilizados en la actualidad. ... 181 Cuadro 50. Comparación del primer análisis realizado en los lodos de las plantas de tratamiento, con los límites para metales pesados de los reglamentos internacionales. ... 184 Cuadro 51. Comparación del segundo análisis realizado en los lodos de las plantas de tratamiento, con los límites para metales pesados de los reglamentos internacionales. ... 185 Cuadro 52. Comparación del análisis de coliformes fecales realizado en los lodos de las plantas de tratamiento, con los límites para coliformes fecales de los reglamentos internacionales. ... 186 Cuadro 53. Comparación del máximo, mínimo y variación de los parámetros de las plantas con sistemas de tratamiento equivalentes. ... 189 Cuadro 54. Comparación del máximo, mínimo y variación de los parámetros de las plantas con tratamientos para los lodos equivalentes. ... 194 Cuadro 55. Comparación del máximo, mínimo y variación de los parámetros de las plantas ubicadas en zonas de vida iguales. ... 199

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Cuadro 56. Comparación del máximo, mínimo y variación de los parámetros de las plantas que reciben agua residual de poblaciones equivalentes. ... 201 Cuadro 57. Comparación del máximo, mínimo y variación de los parámetros de las plantas que cumplen con el Reglamento de vertido y reuso de aguas residuales y las que no. ... 205 Cuadro 58. Comparación entre el agua de entrada y salida de las plantas de tratamiento en estudio, con sus respectivos lodos generados. ... 207 Cuadro 59. Comparación de lodos con límites máximos para parámetros de organismos patógenos por clase de lodo de propuesta. ... 212 Cuadro 60. Comparación entre el primer análisis realizado a los lodos de las plantas en estudio, con los límites máximos de metales pesados en lodos para aplicación en suelos de acuerdo con la propuesta. ... 213 Cuadro 61. Comparación entre el segundo análisis realizado a los lodos de las plantas en estudio, con los límites máximos de metales pesados en lodos para aplicación en suelos de acuerdo con la propuesta. ... 213

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Baudrit Truque, José Daniel Caracterización física, química y microbiológica de los lodos generados por los sistemas de tratamiento

de aguas residuales ordinarias y sus posibles usos Proyecto de Graduación – Ingeniería Civil – San José. C.R.:

J. D. Baudrit T., 2015 xiii, 209, [3]h; ils. col. – 55 refs.

RESUMEN

La disposición de los lodos generados en las plantas de tratamiento de aguas residuales (PTAR) en Costa Rica, no se encuentran regulados por ningún reglamento. Estos lodos son simplemente depositados en rellenos sanitarios o en el suelo sin tomar en cuenta sus características que podrían ser perjudiciales para el ambiente. Es necesario, por lo tanto, realizar una caracterización microbiológica, física y química de los lodos e investigar reglamentos, además de recomendaciones de posibles usos y tratamientos para disposición final de estos lodos. Por último, es importante definir rangos característicos para los posibles usos de los lodos residuales y recomendar tratamientos para los diferentes usos de los lodos residuales o para su disposición final, en caso de que sea necesario.

Para realizar la caracterización se seleccionaron 6 plantas administradas por el AyA buscando la mayor diversidad de características que se consideraron que podían afectar las condiciones del lodo generado. Luego, se tomaron muestras de lodos tanto en época seca como en época lluviosa y se realizó una comparación por cada una de las características de las plantas seleccionadas. Por otra parte, se investigaron reglamentos internacionales y nacionales para determinar las condiciones que deben cumplir los lodos dependiendo de los usos encontrados y se propusieron mejoras adicionales al actual borrador de Reglamento para la gestión integral de lodos biosólidos.

Se encontró que el uso más factible para los lodos en Costa Rica seria la aplicación en el suelo para mejoramiento del suelo y para la agricultura, ya que, tal y como se tratan los lodos estudiados actualmente, cumplen con los requerimientos para este uso estipulado en los reglamentos analizados. Por otro lado, existen informes acerca del uso de lodos como materia prima para la fabricación de elementos a base de cemento, pero se vuelve factible solo cuando existe una producción muy grande de lodos.

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LODOS RESIDUALES; MEJORAMIENTO DE SUELOS; AGRICULTURA; PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES ORDINARIAS; ABONOS ORGANICOS

Ing. Luis Manuel Zamora González Escuela de Ingeniería Civil

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I. GLOSARIO

1. Agua residual: Agua de composición variada provenientes de las descargas de usos municipales, industriales, comerciales, de servicios, agrícolas, pecuarios, domésticos, incluyendo fraccionamientos y en general de cualquier otro uso, así como la mezcla de ellas.

(NORMA Oficial Mexicana NOM-004-SEMARNAT-2002, Protección ambiental-Lodos y biosólidos.- Especificaciones y límites máximos de contaminantes para su aprovechamiento y disposición final, 2003)

2. Agua residual de tipo ordinaria: Agua residual generada por las actividades domésticas del hombre (uso de inodoros, duchas, lavatorios, fregaderos, lavado de ropa, etc.) (Reglamento de Vertido y Reuso de Aguas Residuales)

3. Árido ligero: Material granulado que se utiliza como materia prima en la construcción. Tiene superficie rugosa y alta porosidad, y se utilizan en la fabricación de hormigón aislante bajo cubiertas, rellenos, confección de elementos prefabricados de módulos diversos, hormigón estructural etc. (ECOASH, 2015)

4. Almacenamiento: Acción de mantener en un sitio los lodos y biosólidos, hasta su aprovechamiento o disposición final. (NORMA Oficial Mexicana NOM-004-SEMARNAT-2002, Protección ambiental-Lodos y biosólidos.- Especificaciones y límites máximos de contaminantes para su aprovechamiento y disposición final, 2003)

5. Aprovechamiento: Es el uso de los biosólidos como mejoradores o acondicionadores de los suelos por su contenido de materia orgánica y nutrientes, o en cualquier actividad que represente un beneficio. (NORMA Oficial Mexicana NOM-004- SEMARNAT-2002, Protección ambiental-Lodos y biosólidos.- Especificaciones y límites máximos de contaminantes para su aprovechamiento y disposición final, 2003)

6. Biosólidos: Lodos que han sido sometidos a procesos de estabilización y que por su contenido de materia orgánica, nutrientes y características adquiridas después de su

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estabilización, puedan ser susceptibles de aprovechamiento. (Reglamento para el manejo de lodos generados en plantas de tratamiento de aguas servidas, 2009)

7. Coliformes fecales: Bacterias patógenas presentes en el intestino de animales de sangre caliente y humanos. Pueden identificarse por su tolerancia a temperaturas de 44°C- 45°C. Tienen la capacidad de fermentar la lactosa a temperatura de 44.5°C. (Fuccz-Gamboa, Gómez-Moreno, Cárdenas-Guzmán, & C.)

8. Coque: Es un combustible que se obtiene a partir de la destilación destructiva, o pirólisis, de determinados carbones minerales, como la hulla o carbones bituminosos. Se utiliza en altos hornos como combustible, proporcionando calor para los requerimientos endotérmicos de las reacciones químicas, y para la fusión de la escoria y del metal, como reductor que produce y regenera los gases para la reducción de los óxidos de hierro y como soporte de la carga y responsable de la permeabilidad de la misma. (García-Munté Energía, S.L., 2015)

9. Coque micronizado: El coque micronizado es una evolución del coque de petróleo.

Consiste en el secado y molienda del coque a un tamaño de 90 a 500 micras. El combustible consecuentemente mejora sus propiedades, permitiendo una mejora de la combustión en el horno. Estas propiedades se basan principalmente en la homogeneización del producto respecto a su tamaño, contenido de humedad, y aumento de su poder calorífico, que permiten una mejor estabilidad en los procesos de combustión en los que es utilizado.

(García-Munté Energía, S.L., 2015)

10. Digestión aerobia: Es la transformación bioquímica de la materia orgánica presente en los lodos, que es transformada en bióxido de carbono y agua por los microorganismos en presencia de oxígeno. (NORMA Oficial Mexicana NOM-004-SEMARNAT-2002, Protección ambiental-Lodos y biosólidos.- Especificaciones y límites máximos de contaminantes para su aprovechamiento y disposición final, 2003)

11. Digestión anaerobia: Es la transformación bioquímica de la materia orgánica presente en los lodos, que es transformada en gas metano y bióxido de carbono y agua por

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los microorganismos en ausencia de oxígeno disuelto y combinado. (NORMA Oficial Mexicana NOM-004-SEMARNAT-2002, Protección ambiental-Lodos y biosólidos.- Especificaciones y límites máximos de contaminantes para su aprovechamiento y disposición final, 2003)

12. Disposición final: La acción de depositar de manera permanente lodos y biosólidos en sitios autorizados. (NORMA Oficial Mexicana NOM-004-SEMARNAT-2002, Protección ambiental-Lodos y biosólidos.- Especificaciones y límites máximos de contaminantes para su aprovechamiento y disposición final, 2003)

13. Estabilización: Son los procesos físicos, químicos o biológicos a los que se someten los lodos para acondicionarlos para su aprovechamiento o disposición final para evitar o reducir sus efectos contaminantes al medio ambiente. (NORMA Oficial Mexicana NOM-004- SEMARNAT-2002, Protección ambiental-Lodos y biosólidos.- Especificaciones y límites máximos de contaminantes para su aprovechamiento y disposición final, 2003)

14. Estabilización alcalina: Es el proceso mediante el cual se añade suficiente cal viva (óxido de calcio CaO) o cal hidratada (hidróxido de calcio Ca(OH)2) o equivalentes, a la masa de lodos y biosólidos para elevar el pH. (Reglamento para el manejo de lodos generados en plantas de tratamiento de aguas servidas, 2009)

15. Helminto: Término designado a un amplio grupo de gusanos parásitos (de humanos, animales y vegetales), de vida libre, con forma y tamaños variados. Poseen órganos diferenciados, y sus ciclos vitales comprenden la producción de huevos o larvas, infecciosas o no. (Reglamento para el manejo de lodos generados en plantas de tratamiento de aguas servidas, 2009)

16. Huevos de helmintos viables: Huevos de helmintos susceptibles de desarrollarse e infectar. (Reglamento para el manejo de lodos generados en plantas de tratamiento de aguas servidas, 2009)

17. Límite máximo permisible: Valor asignado a un parámetro, el cual no debe ser excedido por los lodos y biosólidos para que puedan ser dispuestos o aprovechados.

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18. Lixiviado: Líquido proveniente de los lodos y biosólidos, el cual se forma por reacción o percolación y que contiene contaminantes disueltos o en suspensión.

19. Lodos: Son sólidos con un contenido variable de humedad, provenientes de los sistemas de alcantarillado urbano o municipal, de las plantas potabilizadoras y de las plantas de tratamiento de aguas residuales, que no han sido sometidos a procesos de estabilización.

(NORMA Oficial Mexicana NOM-004-SEMARNAT-2002, Protección ambiental-Lodos y biosólidos.- Especificaciones y límites máximos de contaminantes para su aprovechamiento y disposición final, 2003)

20. Mejoramiento de suelos: Es la aplicación de los biosólidos en terrenos para mejorar sus características físicas, químicas o microbiológicas. (NORMA Oficial Mexicana NOM-004-SEMARNAT-2002, Protección ambiental-Lodos y biosólidos.- Especificaciones y límites máximos de contaminantes para su aprovechamiento y disposición final, 2003)

21. Metales pesados: Son aquellos elementos cuya densidad es superior a 5 g/cm3 cuando están en forma elemental, o cuyo número atómico es superior a 20. (Miliarium Aureum, S.L., 2004)

22. Método DIN 38414-S4: Este método proporciona información sobre los efectos adversos que pueden generar los residuos sólidos que se encuentran en contacto con agua y producen una solución lixiviada. Utiliza como agente extractante agua desionizada. (Schuster, 2013) (Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria, 2013)

23. Muestra: Parte representativa de un universo o población finita, obtenida para conocer sus características.

24. Orujillo: El orujillo es un subproducto de la producción de aceite de orujo formado por los desechos de la parte sólida de la aceituna. Su aspecto es granulado y de fácil manejo, contiene una humedad de aproximadamente el 12% y su poder calorífico inferior es de unas 4100 Kcal/kg, características que lo hacen ideal para su revalorización energética como

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combustible. Además, presenta otras ventajas como muy bajo precio, mínimo riesgo de suministro y producción en la propia planta. (Universidad Pontificia de Comillas, 2001)

25. Parásito: Organismo animal o vegetal que vive sobre o dentro de un individuo de otra especie.

26. Patógeno: Microorganismo capaz de causar enfermedades, si está presente en cantidad suficiente y condiciones favorables.

27. Poder calorífico de un combustible: Es la energía liberada por unidad de peso por combustión con oxígeno.

28. Potencial de atracción de vectores: Es la característica de los lodos y biosólidos para atraer vectores como roedores, moscas, mosquitos u otros organismos capaces de transportar agentes infecciosos. (Reglamento para el manejo de lodos generados en plantas de tratamiento de aguas servidas, 2009)

29. Salmonella spp.: Bacilos mótiles por sus flagelos perítricos, que fermentan de manera característica glucosa y manosa sin producir gas, pero no fermentan lactosa ni sacarosa. La mayoría produce sulfuro de hidrógeno (H2S). A menudo, son patógenos para el hombre y los animales cuando se ingieren, ocasionando fiebre tifoidea y enterocolitis (conocida también como gastroenteritis). (Analiza Calidad, 2014)

30. Sistema de tratamiento: Conjunto de procesos físicos, químicos o biológicos, cuya finalidad es mejorar la calidad del agua residual a la que se aplican. (Reglamento de Vertido y Reuso de Aguas Residuales)

31. Sólidos Totales (ST): Son los materiales residuales que permanecen en los lodos y biosólidos, que han sido deshidratados entre 103°C a 105°C, hasta alcanzar un peso constante y son equivalentes en base a peso seco. (NORMA Oficial Mexicana NOM-004- SEMARNAT-2002, Protección ambiental-Lodos y biosólidos.- Especificaciones y límites máximos de contaminantes para su aprovechamiento y disposición final, 2003)

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32. Sólidos Volátiles (SV): Son sólidos orgánicos totales presentes en los lodos y biosólidos, que se volatilizan cuando éstos se queman a 550°C en presencia de aire por un tiempo determinado. (Reglamento para el manejo de lodos generados en plantas de tratamiento de aguas servidas, 2009)

33. Tasa Específica de Absorción de Oxígeno (TEAO): Es la masa de oxígeno consumida por unidad de tiempo y por unidad de masa en peso seco de los sólidos totales de los lodos y biosólidos. (Reglamento para el manejo de lodos generados en plantas de tratamiento de aguas servidas, 2009)

34. Terrenos con fines agrícolas: Son las superficies sobre las cuales se pueden cultivar productos agrícolas para consumo humano y animal, incluyendo los pastizales.

35. Vertido: Es la descarga final de un efluente a un cuerpo receptor o alcantarillado sanitario. (Reglamento de Vertido y Reuso de Aguas Residuales)

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II. TÍTULO

Caracterización física, química y microbiológica de los lodos generados por los sistemas de tratamiento de aguas residuales ordinarias y sus posibles usos.

III. JUSTIFICACIÓN

En nuestro país se hace uso de una gran variedad de sistemas tratamiento de aguas residuales ordinarias y todos estos sistemas generan lodos. Estos lodos son los constituyentes del agua residual eliminados gracias al tratamiento de la misma, sin embargo, en la mayoría de los casos no llevan ningún tipo de tratamiento antes de su disposición final, en el mejor de los casos simplemente son secados y depositados en rellenos sanitarios sin tomar en cuenta sus características y contenidos, pudiendo generarse un impacto negativo en el ambiente.

La única mención acerca de la disposición de los lodos residuales en algún reglamento en Costa Rica se hace en el Reglamento de Vertido y Reúso de Aguas Residuales en su artículo 63 que estipula que, “Se prohíbe el vertido de lodos provenientes de sistemas de tratamiento de aguas residuales, sistemas de potabilización de aguas y de tanques sépticos a los cuerpos de agua y alcantarillado sanitario.” Sin embargo no se definen opciones ni parámetros necesarios para la disposición de los mismos.

Como consecuencia se plantea una pregunta de investigación de ¿cuáles son las características de los lodos para determinar el impacto de su disposición o uso actual?, si es que requieren tratamiento, ¿cuál sería el necesario?

Es de gran importancia ir en la búsqueda de opciones para el tratamiento y disposición final de los lodos generados por los sistemas de tratamiento de aguas residuales. Para esto es necesario, en primera instancia, caracterizar los lodos que se generan en estos sistemas de tratamiento para evaluar, ¿cuáles pueden ser estas opciones? y ¿qué tipo de tratamiento requieren para poder ser aplicadas?

El problema del manejo de lodos se asocia cuando se desperdicia su potencial de aprovechamiento y se dispone solo como un residuo, aumentando la cantidad de residuos a disponer en los rellenos sanitarios. Es por esta razón que se justifica buscar tratamientos adecuados que permitan la utilización racional de dichos residuos.

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Una buena gestión de los lodos es fundamental para el funcionamiento adecuado de cualquier sistema de tratamiento de aguas residuales. Por ejemplo en países como España, México, Chile y Estados Unidos se cuenta con normas para el manejo de los lodos residuales.

Estas normas establecen límites máximos de ciertos parámetros para garantizar que los lodos no lleguen a contaminar el ambiente de ninguna manera, además de clasificaciones según su aprovechamiento, esto en nuestro país todavía no existe.

Desde el punto de vista económico, existe una gran importancia para la empresa o institución que maneja la planta de tratamiento puesto que la disposición de los lodos le genera un costo adicional, ya sea por el transporte a la zona de disposición final o por el costo de contratar a una empresa para que trate y disponga de los lodos. Además, dependiendo de los usos que se les pueda dar, puede llegar a convertirse en una nueva fuente de ingreso para la empresa.

Por otro lado, desde el punto de vista ambiental, es importante conocer las características químicas y microbiológicas de los lodos para poder determinar si pueden llegar a afectar la salud de las personas o al ambiente, ya sea por contaminación de los mantos acuíferos debido a la infiltración de contaminantes a los suelos, por la descarga directa a los ríos, o por esparcimiento de partículas con altos contenidos de microorganismos patógenos en el aire que pueden llegar a causar enfermedades en las personas.

Es necesario por ende, establecer estrategias que permitan darles un manejo ambiental adecuado a los lodos y a la vez un beneficio económico a las empresas, sean públicas o privadas, no solo por la disminución de costos sino también por la agregación de valor a los residuos dependiendo del uso que se le pueda dar.

3.1 Antecedentes teóricos y prácticos

En nuestro país se ha estado trabajando la idea de crear un reglamento sobre la gestión integral de lodos y biosólidos ordinarios y especiales. Este documento tiene como objetivos el regular la disposición final de los biosólidos como una valiosa fuente de elementos nutritivos para ser utilizados en la actividad agropecuaria y como mejorador de la condición físico- química del suelo, proteger la salud pública y el ambiente, y regular la prestación del servicio de recolección, transporte, tratamiento y disposición final de los lodos y biosólidos provenientes de tanques sépticos y plantas de tratamiento, que brindan las empresas

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públicas o privadas proveedoras de este servicio. Entre los análisis de carácter obligatorio que se estarían pidiendo para los lodos y biosólidos se encontrarían el porcentaje de humedad, el ph, coliformes fecales, poder calorífico y nematodos intestinales. Sin embargo, no contemplará diferentes usos de los biosólidos ni qué tipo de tratamiento se les deba dar.

Fuera de este reglamento que todavía no rige en el país, no existe normativa o reglamentación alguna que regule la calidad de los lodos generados por el tratamiento de las aguas residuales.

Por otro lado, en varios países del mundo existen reglamentos para el tratamiento y disposición final de los lodos generados por los diferentes tipos de tratamiento de aguas residuales, inclusive existen reglamentos dependiendo del uso que se le vaya a dar a los lodos. Por ejemplo en México existe la norma NOM-004-SEMARNAT-2002 la cual trata de las especificaciones y límites máximos permisibles de contaminantes en los lodos y biosólidos para su aprovechamiento y disposición final Además, se da una clasificación de los lodos según su aprovechamiento.

Por su parte, Chile cuenta con un Reglamento para manejo de lodos no peligrosos generados en plantas de tratamiento de aguas donde, de igual manera que en México, se estipulan parámetros para la clasificación de los lodos y se dan límites máximos para diferentes metales pesados para poder disponerlos en el suelo. El suelo por su parte también debe contar con ciertos límites máximos de contenido de metales pesados para poder ser utilizados en la disposición final de los lodos.

En Dinamarca, gran parte de los lodos estabilizados se usan como fertilizante en tierras laborales. El porcentaje de reutilización de los lodos de aguas residuales es de 72%, el 20%

se destina a la incineración, y 8% se dispone. Por su lado, en Argentina se han instrumentado plantas de compostaje de lodos residuales, para su posterior aplicación como biosólidos en la agricultura (Oropeza, 2006).

Existen también trabajos finales de graduación e informes técnicos, tanto a nivel nacional como internacional, enfocados a usos específicos de lodos. En ellos se plantean ideas tales como la utilización del lodo como agregado en la fabricación de concreto, como fertilizantes en las actividades agrícolas, como combustible, como materia orgánica para la producción de metano en la producción de energía eléctrica y muchas otras más.

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En México por ejemplo, existe un informe preparado por la Universidad Autónoma del Estado de México donde se recomiendan nuevas aplicaciones para los lodos residuales, además definen los tipos de tratamiento necesario para cada uno de estos usos. Un resumen de estas aplicaciones se puede observar en la figura 1.

En nuestro país la mayoría de las investigaciones dirigidas a los usos posibles de los lodos residuales van enfocados más que todo a lodos de plantas de tratamiento específico y en la mayoría de los casos son lodos provenientes de aguas residuales especiales y por lo tanto tienen características especiales que los hace específicos para ese uso en particular. Por lo tanto, estos estudios no tienen mucha relevancia con el trabajo a realizar.

Si ha habido sin embargo, esfuerzos de varias instituciones en encontrar la manera de utilizar los lodos de manera que puedan ser aprovechados. Por ejemplo, la Escuela de Ingeniería Agrícola de la Universidad de Costa Rica recientemente realizó un proyecto de un biodigestor con la Universidad de Michigan para investigar la generación de energía eléctrica por medio del metano generado de la materia orgánica en descomposición. Esto impulsa un posible uso adicional de lodos residuales en el país.

La tesis que podría tener más relevancia con este trabajo es la de Diego Sánchez González y Sergio Carvajal Chaves, de la Escuela de Ingeniería Agrícola de la UCR, acerca de la

“efectividad del tratamiento biológico de lodos fecales para la producción de biofertilizante”, que como el nombre lo dice busca la creación de biofertilizantes por medio del tratamiento efectivo de los lodos residuales ordinarios. En ella se hace una investigación de que tipos de tratamientos son los más efectivos para poder llegar a producir el biofertilizante y que procedimientos se deben seguir para conseguirlo.

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Figura 1. Usos de lodos residuales con base a su origen y los productos obtenidos de

diversos procesos.

Fuente: Universidad Autónoma del Estado de México, 2004.

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IV. OBJETIVOS

4.1 Objetivo General

 Determinar los posibles usos que se le pueden dar a los lodos provenientes de los sistemas de tratamiento de aguas residuales ordinarias en nuestro país, mediante un proceso de caracterización microbiológica, física y química.

4.2 Objetivos Específicos

 Investigar reglamentos y normas tanto nacionales como internacionales, además de recomendaciones de posibles usos y tratamientos para disposición final de los lodos provenientes de sistemas de tratamiento de aguas residuales de tipo ordinaria.

 Caracterizar los lodos residuales, tanto primarios como secundarios y digeridos, a partir de sus características microbiológicas, físicas y químicas, dependiendo del tipo de sistema de tratamiento de aguas residuales ordinarias.

 Relacionar el agua de entrada a los diferentes sistemas de tratamiento de aguas residuales ordinarias con las características de lodo que generan.

 Definir rangos característicos para los posibles usos de los lodos residuales.

 Recomendar tratamientos para los diferentes usos de los lodos residuales o para su disposición final, en caso de que sea necesario.

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V. DELIMITACIÓN DEL TEMA

5.1 Alcances

 La caracterización de los lodos, sean primarios, secundarios o digeridos, se hará con un análisis de parámetros tales como el contenido de nitrógeno, carbono, fósforo, calcio, magnesio, potasio, cobre, hierro, manganeso, azufre, boro, contenido de humedad, ph y metales pesados como lo son el cadmio, cromo, cobalto, plomo y níquel, lo que da mayores opciones de búsqueda de usos de los lodos. Estos son todos los parámetros que se analizan en el Centro de Investigaciones Agronómicas de la UCR.

 Los lodos se extraerán de plantas de tratamiento del AyA, las cuales abastecen a la mayor cantidad de personas y por lo tanto son las más representativas del país. Las plantas de tratamiento que se utilizarán se escogerán haciendo una comparación entre todas las plantas que el AyA administra, para poder determinar cuáles serían las más representativas para este trabajo.

 Se realiza una correlación entre el agua de entrada con los lodos generados utilizando los parámetros de temperatura, ph, DBO, DQO, SAAM, SST y SSed, para poder determinar los posibles usos de los lodos residuales y poder tomarlos en cuenta en el diseño del sistema de tratamiento a utilizar, esto en caso de plantas de tratamiento futuras.

 Se dan recomendaciones de tratamiento para lodos que no entren dentro de las categorías a definir.

5.2 Limitaciones

 No se contemplan los lodos generados por los procesos de tratamiento de aguas residuales especiales.

 El análisis de lodos no se hizo en todas las plantas de tratamiento de aguas residuales ordinarias del AyA por aspectos económicos, por lo tanto se eligieron cuáles son las que proveen mayor diversidad para este trabajo.

 Las plantas de tratamiento analizadas no necesariamente trabajan de la manera más eficiente, este es un factor que puede afectar la calidad del lodo generado.

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 La escogencia de los parámetros analizados para los diferentes usos de los lodos fueron tomados de normativas internacionales o de trabajos de investigación anteriores a este, por lo que no necesariamente servirán para Costa Rica.

 No se incluyen estudios de contenidos de metales pesados en productos de limpieza los cuales pueden ser importantes en las características del lodo generado en las plantas de tratamiento.

 Los parámetros analizados al agua de entrada son los realizados por el AyA en cada una de sus plantas y no se analizarán parámetros adicionales.

VI. DESCRIPCIÓN DE LA METODOLOGÍA UTILIZADA

La metodología que se siguió para la elaboración del proyecto se muestra en la figura 2.

El proyecto dio inicio con la recopilación de información tanto literaria como normativa, tanto a nivel nacional como internacional. En esta investigación se buscaron reglamentos, normas, recomendaciones de posibles usos y tratamientos para disposición final. Se trabajó además con las plantas de tratamiento de aguas residuales del Instituto Costarricense de Acueductos y Alcantarillados, quienes administran plantas de tratamiento con diferentes procesos de tratamiento y por lo tanto se hizo una comparación entre las mismas para poder determinar cuáles serían las más representativas para este trabajo.

Entre los aspectos a tomar en cuenta para la comparación se usaron, el tipo de proceso que maneja, la cantidad de lodos que produce, el tipo de lodo que produce (primario, secundario y digerido), el tipo de tratamiento para estabilización de lodos que utiliza, la población que abastece, si cumple o no con los parámetros estipulados en el Reglamento de Vertido y Reúso de Aguas Residuales y la zona de vida en la que se encuentra. A partir de esto, se definieron cuáles plantas son las más representativas para utilizar en la caracterización de los lodos generados.

Teniendo escogidas las plantas de tratamiento a utilizar, se procedió a obtener muestras de los lodos generados de cada una de ellas, tanto primarios como secundarios y digeridos, para de esta manera poder caracterizarlos en cuanto a sus características microbiológicas, físicas y químicas.

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Figura 2. Metodologia utilizada en el Trabajo Final de Graduación.

Fuente: Autor, 2015

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La extracción de los lodos se realizó desde el lecho de secado de lodos, en el tiempo en el que cumplió su periodo de retención. En uno de los casos, fue necesaria la ayuda del personal del AyA puesto que la planta de tratamiento no contaba con lecho de secado de lodos y fue necesaria la utilización de equipo especial para la purga de lodos.

El análisis de los lodos se llevó a cabo en el Laboratorio de Suelos y Foliares del Centro de Investigaciones Agronómicas (CIA) de la Universidad de Costa Rica. Se analizó una muestra en época seca y otra en época lluviosa, para verificar si existía algún cambio en las características del lodo generado. Para el análisis de coliformes fecales, el mismo se realizó en el Laboratorio de Aguas de la Escuela de Microbiología de la Universidad de Costa Rica.

Teniendo en cuenta estos valores y los parámetros investigados en reglamentos y normas en este y otros países se determinó cuáles pueden ser posibles usos para los lodos residuales, siempre y cuando cumplan con los límites necesarios. Luego se definieron rangos característicos o categorías, dependiendo de ciertos límites definidos de parámetros para cada uno de los posibles usos de los lodos residuales, para que de esta manera se pudieran normar los parámetros y límites necesarios para cada uso.

Como parte de la investigación, también se realizó una correlación entre el agua de entrada a las plantas de tratamiento con los lodos generados en las mismas, para de esta manera, poder determinar simplemente con el agua de entrada a las plantas, los usos posibles que se le podrán dar en el futuro a los lodos generados. Esto se hizo con ayuda de los reportes operacionales de cada una de las plantas, en donde viene la descripción del agua de entrada a la planta y el agua de salida.

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VII. MARCO TEÓRICO

En el tratamiento de las aguas residuales, se pueden encontrar aguas con diferentes características dependiendo de su procedencia. Existen aguas residuales de tipo ordinarias, agroindustriales e industriales. Este trabajo se encuentra enfocado en las aguas residuales de tipo ordinario.

El origen de las aguas residuales ordinarias son las casas y condominios, edificios de oficinas, hoteles y centros turísticos, restaurantes, centros comerciales, estaciones de servicio, edificios públicos y hospitales y clínicas. Estos últimos deben examinarse con suma precaución, puesto que hay casos en los que se disponen sustancias peligrosas que requieren otro tipo de tratamiento.

Existen varios contaminantes que son de gran importancia para el tratamiento del agua residual. A continuación se describen varios de estos contaminantes.

- Sólidos en suspensión: Pueden generar depósitos de lodos o condiciones anaerobias en el cuerpo receptor si se vierten sin tratamiento previo. (Metcalf, 1998)

- Materia orgánica biodegradable: Compuesta por proteínas, carbohidratos y grasas animales. Generalmente se miden por la DBO o demanda bioquímica de oxígeno y la DQO o demanda química de oxígeno. En caso de ser descargada sin tratamiento previo pueden llevar al agotamiento de los recursos de oxígeno en el cuerpo receptor lo cual llevaría al desarrollo de condiciones sépticas. (Metcalf, 1998)

- Patógenos: Los organismos patógenos pueden llevar a la transmisión de enfermedades.

- Nutrientes: Tanto nitrógeno, fósforo y carbono son nutrientes esenciales para la vida;

sin embargo, grandes cantidades de estos nutrientes vertidos en agua pueden generar vida acuática no deseada, además que vertida en terreno puede generar la contaminación de acuíferos. (Metcalf, 1998) La toxicidad de los nutrientes depende de las condiciones del suelo, el material original, el manejo de los cultivos en agricultura y de la cercanía a zonas industriales o mineras.

- Tensoactivos: Estos entran en las aguas residuales principalmente por descarga de residuos acuosos del lavado doméstico e industrial de ropa y otras operaciones de

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(1)Mititelu et all, 2008, Investigation of the heavy metals content of some food products by using atomic absortion spectrometry, Medicine and Pharmacy University, Bucharest, Romania.

- limpieza. Un alto contenido de detergentes en agua puede provocar formación de espuma, toxicidad para la vida acuática y crecimiento desmesurado de la flora acuática por el aporte de fosfatos. Los tensoactivos se suelen llamar también sustancias activas al azul de metileno o SAAM. El método del azul de metileno puede emplearse para estudios de monitoreo de biodegradabilidad, pero no puede diferenciar entre los dos tipos de cadenas de sulfonato de alquilbenceno. (NMX-AA- 039-SCFI-2001, 2001)

- Metales pesados: Se denomina metales pesados a aquellos elementos químicos que poseen un peso atómico comprendido entre cobre y mercurio, y que presentan un peso específico superior a 4 (g cm-3). Algunos metales pesados son esenciales para la vida y otros son beneficiosos, pero muchos son altamente tóxicos. Las concentraciones en las cuales los metales pueden ser considerados tóxicos cambian de una especie a otra, para una especie, un elemento es esencial en niveles bajos, para otra puede ser tóxico.

Los metales se introducen en aguas residuales ordinarias como resultado de una variedad de actividades humanas relacionadas con el procesamiento o utilización de metales o sustancias que contienen metales contaminantes. Incluso los alimentos que se consumen a diario suelen contener metales pesados. Un estudio realizado por la Universidad de Medicina y Farmacia de Bucharest, Rumania ⁽¹⁾ acerca de la contaminación de la comida por metales pesados demostró que existen contenidos mayores de metales pesados en los alimentos comunes que los permitidos por la norma local. A continuación se observan los resultados obtenidos.

Cuadro 1. Productos de la investigación y sus correspondientes contenidos de metales pesados.

Producto Cd (μg/kg) Pb (μg/kg) Zn (μg/kg) Cu (μg/kg) Leche 0,004 ± 0,001 0,091 ± 0,003 3,56 ± 0,03 0,42 ± 0,01 Queso 0,008 ± 0,002 0,64 ± 0,02 33,46 ± 0,02 3,12 ± 0,03 Carne 0,07 ± 0,01 0,57 ± 0,01 38,82 ± 0,02 1,45 ± 0,01

Fuente: Departamento de Laboratorio Clínico y Nutrición ⁽¹⁾, 2008

Con esta investigación se demostró que los metales pesados llegan a los alimentos por diferentes maneras, ya sea por el suelo, el agua, los químicos que se le agrega al

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suelo agrícola, el equipo utilizado en el procesamiento del alimento, el almacenaje y en la preparación.

Los organismos también pueden verse severamente afectados por pequeñas concentraciones de elementos pesados. En el caso de los organismos acuáticos, puede que unos determinados valores no induzcan su muerte, sin embargo desarrollarán una serie de problemas fisiológicos y metabólicos. Entre estos problemas podemos mencionar trastornos del comportamiento y cambios en la reproducción. (Higueras y Oyarzun, 2014) En la figura 3 se observan los patrones de respuesta de varios organismos a los cambios en las concentraciones de metales pesados.

Figura 3. Comportamiento general de la respuesta de los organismos hacia concentraciones de metales pesados: a) esenciales, b) tóxicos.

Fuente: Higueras y Oyarzun, 2014

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Algunos organismos pueden regular las concentraciones de metales presentes en sus tejidos, pueden excretar metales esenciales para su metabolismo, siempre y cuando éstos superen las dosis requeridas. Desgraciadamente otros metales no esenciales como el mercurio o el cadmio son excretados con mayor dificultad. Las plantas acuáticas (algas) no pueden excretar los metales pesados, así por ejemplo, el mercurio puede hacer decrecer dramáticamente la capacidad de fotosíntesis de un alga. De igual manera las plantas terrestres sufren problemas derivados de concentraciones altas de metales pesados en el suelo. (Higueras y Oyarzun, 2014) Los metales pesados desde el punto de vista de su función en los seres vivos se pueden clasificar en: i) micronutrientes, como es el caso de Fe, Mn, Zn, Cu, Mo, Ni, Cr, V, Ti y Se, los cuales, en pequeñas cantidades son necesarios para que los organismos realicen su ciclo vital, pero que a partir de ciertas concentraciones pueden llegar a ser tóxicos y ii) elementos como Cd, Hg, Pb, Sb y Bi que no tienen una función biológica conocida y que pueden resultar altamente tóxicos para los organismos vivos debido a su capacidad de acumulación en el organismo. (Higueras y Oyarzun, 2014)

Es importante señalar de donde provienen estos metales pesados que se encuentran en los lodos y cuáles son los peligros que conlleva un contenido elevado de los mismos en los lodos y en el suelo. A continuación se detalla cada uno de ellos.

 Hierro (Fe)

El Fe se encuentra en la naturaleza tanto en forma de Fe (III) como de Fe (II), dependiendo del estado redox del sistema. En los suelos arcillosos, existe una tendencia a retener el Fe. Un contenido adecuado de materia orgánica, actúa de forma favorable en cuanto al aprovechamiento del Fe por parte del cultivo, debido a sus características acidificantes y reductoras. En los suelos, el contenido de Fe suele ser bien alto, lo que propicia que las plantas asimilen grandes cantidades del mismo. (Crosara, 2007) Entre los alimentos ricos en hierro se pueden encontrar avena, pan integral, maíz tostado, chocolate, soya, lentejas, garbanzos, guisantes secos, espinacas, habas, pistacho, semillas de girasol, almendras, avellanas, nueces, pasas, ciruelas, dátiles, aceitunas,

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(2) Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino, 2009.Caracterización de los lodos de depuradoras generados en España. Secretaria General Técnica. Centro de publicaciones. INVENTA ,S.L. Paseo de Infanta Isabel, I, España.

hígados de cerdo, cordero, pollo, ternera; carnes de ternera, cerdo, pavo, patés, caracoles, almejas, mejillones, sardinas, langostinos, calamares y yema de huevo. (Tarracosalud, 2008)

 Cobalto (Co)

El cobalto se halla en meteoritos, estrellas, en el mar, en aguas dulces, suelos, plantas, animales y en los nódulos de manganeso encontrados en el fondo del océano. Se observan trazas de cobalto en muchos minerales de hierro, níquel, cobre, plata, manganeso y zinc. (Wright, 2003)

Entre sus aplicaciones comerciales más importantes están la preparación de aleaciones para uso a temperaturas elevadas, aleaciones magnéticas, aleaciones para máquinas y herramientas, sellos vidrio a metal y la aleación dental y quirúrgica. Las plantas y los animales necesitan cantidades pequeñas de cobalto. (Wright, 2003)

El Cobalto es beneficioso para los humanos porque forma parte de la vitamina B12, la cual es esencial para la salud humana. El cobalto es usado para tratar la anemia en mujeres embarazadas, porque este estimula la producción de glóbulos rojos. Sin embargo, altas concentraciones de Cobalto puede dañar la salud humana como efectos en los pulmones, como asma y neumonía.

(Wright, 2003)

Entre los alimentos ricos en cobalto se encuentran algas marinas, algas Kemp, almejas, alubias, avellanas, cacao, carne, cebolla, cerezas, ciruelas, despojos, frutos secos, guisantes, higos, huevos, leche, lentejas, levadura de cerveza, nueces, ostras, pasas, peras, pescado, remolacha roja, soya, trigo sarraceno, vegetales de hojas verdes y vísceras de animales. (Tarracosalud, 2008)

 Cadmio (Cd)

El cadmio es un metal pesado que, en la naturaleza, normalmente aparece asociado a otros metales. La mayor parte del cadmio empleado como materia prima se obtiene como subproducto de la extracción de Zn, Pb y Cu. Debido a su alta resistencia a la corrosión, este metal es muy empleado en la industria de soldaduras y en la producción de baterías de níquel-cadmio. Otras

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aplicaciones son la fabricación de pesticidas, estabilizante en la producción de plásticos y pigmentos, etc.⁽²⁾

El uso de lodos con un alto contenido en este metal puede ser un peligroso foco de contaminación para el medio ambiente, ya que interacciona con la materia orgánica, estando su solubilidad ligada por el grado de acidez. Esto quiere decir que, una disminución del pH de los lodos conduce a la disolución del metal y que, a su vez, permite su asimilación por parte de las plantas y la contaminación de los suelos y aguas próximas.

Por otro lado, las lombrices y otros animales esenciales para el suelo son extremadamente sensibles al envenenamiento por cadmio. También a altas concentraciones el metabolismo de ciertos microorganismos presentes en el suelo puede verse alterado.⁽²⁾

La intoxicación por Cd de los animales es debida principalmente a la ingestión de alimentos contaminados. Una vez absorbido por el organismo, es transportado hacia el hígado por la sangre; allí interacciona con ciertas proteínas que lo transportan hacia los riñones, donde se acumula pudiendo causar un daño en el mecanismo de filtración. Adicional a esto, puede producir daños pulmonares y óseos, alteraciones del sistema nervioso central y del sistema inmune.⁽²⁾

 Cromo (Cr)

El cromo elemental no se encuentra en la naturaleza y suele aparecer formando compuestos con otros elementos. La aplicación más importante del cromo es el cromado de piezas metálicas y su uso en aleaciones para obtener acero inoxidable. Algunos otros ejemplos del uso del Cr son la fabricación de pigmentos, vidrios y esmaltes de color.

El Cr (III) es un nutriente esencial para los humanos y la falta de este puede causar problemas de corazón, trastornos metabólicos y diabetes. La principal ruta de entrada en el organismo de Cr (III) es a través de los alimentos, ya que se encuentra de forma natural en vegetales, frutas, carnes, levaduras y granos. A altas dosis puede producir efectos adversos sobre la salud, como por ejemplo, erupciones cutáneas.⁽²⁾

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Entre los alimentos ricos en cromo se pueden encontrar aceites vegetales, arroz integral, café, carne, champiñones, espinacas, granos integrales, grasas vegetales, habichuelas, hígado, huevos, lácteos, levadura de cerveza, maíz, manzanas, mariscos, nueces, pimiento verde, plátano, pollo, queso, te, verduras y vino. (Tarracosalud, 2008)

 Cobre (Cu)

Es un metal de transición de gran abundancia cuya gran utilidad se debe a sus propiedades químicas, físicas, mecánicas y eléctricas. Este metal se emplea en la fabricación de cañerías, tuberías de calefacción y refrigeración, techumbres y producción de aleaciones de cobre. También se utiliza como pigmento y en pinturas antioxidantes. Además, el sulfato de cobre se usa como alguicida y fungicida.⁽²⁾

En suelos con altas concentraciones de cobre solo pueden sobrevivir un pequeño número de plantas. Este metal puede influir en la calidad del suelo dependiendo de su acidez y de la presencia de materia orgánica, afectando a la actividad microbiana y de las lombrices. Los animales de granja también pueden verse afectados por el cobre. (Canet Castelló)

Se trata de un elemento esencial para el metabolismo humano y se encuentra presente en muchos alimentos. El hombre ingiere diariamente de 2 a 5 mg de cobre, del cual solo una pequeña parte se asimila, por lo que la toxicidad alimentaria por Cu es poco común. Sin embargo, a altas concentraciones puede ser una amenaza para la salud, especialmente en el caso de los compuestos solubles en agua habituales en las aplicaciones agrícolas. Su toxicidad puede provocar lesiones hepáticas, renales o neurológicas.⁽²⁾

Entre los alimentos ricos en cobre se pueden encontrar hígado de cordero y ternera, ostras, champiñones, semillas de girasol, avellanas, nueces, levaduras y té. (Tarracosalud, 2008)

 Níquel (Ni)

El níquel se encuentra en pequeñas cantidades en plantas y animales. Se aplica fundamentalmente en aleaciones duras, maleables y resistentes a la