Las instalaciones de tratamiento de aguas residuales, grandes y pequeñas, pueden ser una fuente de combustible.El tratamiento de los desechos humanos mediante digestión anaeróbica es una tecnología de saneamiento increíblemente ética. La digestión anaeróbica ocurre en biodigestores y produce un combustible ( biogás ), elimina la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) de las aguas residuales, conserva los nutrientes (especialmente los compuestos de nitrógeno) y, lo más importante, reduce los patógenos . Las concentraciones excesivas de desechos humanos dañan el medio ambiente, porque están cargados de DBO, nutrientes y enfermedades antropozoonóticas. Esto puede causar una serie de problemas ambientales que pueden conducir al colapso del ecosistema, como hacer que un cuerpo de agua sea inhabitable para muchos organismos. Las aguas residuales no tratadas provocan proliferación de algas, marea roja y las llamadas zonas muertas . Los seres humanos también sufren las consecuencias de las aguas residuales no tratadas (también llamadas aguas negras ). Las enfermedades transmitidas por el agua y transmitidas a través de los excrementos humanos son una de las principales causas de muerte en todo el mundo, especialmente en el llamado mundo en desarrollo. Algunas enfermedades causadas por aguas residuales humanas no tratadas son el cólera, la fiebre tifoidea, la fiebre paratifoidea, la salmonella, la disentería, la gastroenteritis, la leptospirosis, la meningitis, la hepatitis y diversas enfermedades parasitarias.
La cantidad de biogás que se puede obtener a partir de los desechos humanos es limitada en comparación con el estiércol del ganado y otras materias primas. ¡Nuestros estómagos son demasiado eficientes! David House afirma en su excelente libro que 1000 libras de desechos humanos producen aproximadamente 0,6 metros cúbicos de biogás (suficiente combustible para cocinar para aproximadamente 1 o 2 personas). Pero esa cantidad se acumula rápidamente; consulte en Internet ejemplos de proyectos, especialmente en Ruanda, India y Tailandia.
Las aguas residuales no tratadas, además de causar una prevalencia de enfermedades, los países en desarrollo también están desechando nutrientes valiosos en lugares donde no hay fertilizantes disponibles. Los biodigestores convierten los residuos en biofertilizantes . También existe un defecto importante en los sistemas de tratamiento de aguas residuales de los países desarrollados, donde se utilizan enormes cantidades de energía para airear y tratar las aguas residuales; La digestión anaeróbica trata las aguas residuales y también produce energía en lugar de consumirla. Este artículo analiza consideraciones para el tratamiento de desechos humanos y se describen varias opciones.
Contenido
Consideraciones importantes
Es necesario hacer algunas consideraciones para el tratamiento de desechos humanos. Hay cuestiones IMPORTANTES relacionadas con enfermedades y algunas consideraciones físicas comunes. El problema número uno es el manejo de desechos humanos. Los operadores que manipulan desechos humanos sin ninguna precaución inevitablemente enfermarán. El proceso de manipulación de residuos debe considerar a los manipuladores. Idealmente, un sistema de tratamiento de residuos eliminará cualquier manipulación directa por parte de humanos.
El efluente típico de un biodigestor NO es estéril. La digestión anaeróbica crea un entorno competitivo en el que los patógenos son superados por los microorganismos no infecciosos y, por lo tanto, quedan superados en términos de poblaciones. Esto significa que los patógenos se REDUCEN, pero no se eliminan por completo. Sin embargo, estudios en biodigestores termófilos (45-55 grados C) han demostrado una reducción mucho mayor de patógenos que en biodigestores a temperatura ambiente y de menor temperatura (ver sección de biodigestores capaces de controlar patógenos). Un sistema de tratamiento de residuos debe abordar el problema de las enfermedades durante el proceso mediante un tratamiento previo o posterior o el efluente debe eliminarse en consecuencia.
Una consideración común al diseñar biodigestores para que encajen en un sistema ya existente es que normalmente los excrementos humanos están muy diluidos para facilitar el movimiento. Las descargas de inodoros consumen grandes volúmenes de agua (entre 1,3 y 2,5 galones, pero alrededor de 2 galones en los EE. UU.) y el diseño de un biodigestor con, por ejemplo, un tiempo de retención hidráulica (TRH) de 30 días para tratar los desechos arrojados requiere un biodigestor de muy gran volumen a una dilución de 2 galones por descarga. Sin embargo, existen diseños de biodigestores que pueden soportar un HRT, o la cantidad de tiempo que un biodigestor retiene los desechos, de sólo unas pocas horas. Estos diseños son reactores de retención de lodos, como un manto de lodos anaeróbico de flujo ascendente (UASB) y reactores de película fija de rendimiento aún mejor . Un último factor importante a considerar es la toxicidad del amoníaco, ya que se ha informado que los desechos humanos tienen una proporción baja de C:N . Este problema se puede resolver mediante la dilución y codigestión de una materia prima rica en carbono, como la melaza. Los desechos animales son inherentemente más seguros de tratar que los desechos humanos porque tienden a contener menos patógenos humanos, aunque también se deben tener en cuenta algunos patógenos transmitidos por el estiércol.
Métodos de tratamiento
Pretratamiento térmico
Durante este proceso, los excrementos humanos se pasteurizarían a 70 grados C antes de ingresar al biodigestor. Esto se haría mejor antes de la dilución para reducir los costos de energía y se puede hacer utilizando vapor residual, calefacción solar pasiva o combustión directa de biogás o cualquier otra fuente de combustible. El proceso haría que una mayor cantidad de excrementos humanos estuviera disponible para la digestión anaeróbica y, de hecho, probablemente aumentaría la cantidad de biogás producido. El pretratamiento térmico también puede reducir la TRH. La esterilización inicial abordará cualquier problema de efluentes relacionado con patógenos en el futuro y producirá un biofertilizante para cultivos comestibles (aptos para el consumo humano).
Tratamiento mediante retención
Los tiempos de retención muy prolongados de las aguas residuales tienen la capacidad de destruir prácticamente los patógenos. La cantidad de tiempo que se deben retener los excrementos humanos varía. En un clima muy cálido, es posible que desee conservar los desechos durante 60 a 90 días; sin embargo, en climas fríos (20 grados C y menos) se recomiendan 150 días o más de retención. El tiempo de retención se puede controlar mediante el HRT del biodigestor o reteniendo el efluente durante un período de tiempo adicional. Se debe considerar la opción que sea más económica, así como factores de seguridad como el acceso al tanque de retención y cualquier otro tema que implique una posible exposición de humanos y animales.
Advertencia de seguridad: Los métodos de retención para destruir patógenos deben confirmarse mediante resultados de laboratorio antes de su adopción.
Postratamiento y esterilización.
El efluente del biodigestor también podrá ser tratado en una fase de tratamiento secundario como Ultrafiltración , Luz Ultravioleta (UV) , Humedal de Tratamiento , Compostaje o Tratamiento Aeróbico . La ultrafiltración consiste en hacer pasar el efluente a través de una membrana que solo deja pasar los solubles. Por el momento, es más probable que esta tecnología se utilice en el mundo desarrollado, pero se podrían utilizar soluciones apropiadas que utilicen materiales como manglares y otras plantas. La ultrafiltración es práctica para aguas residuales concentradas en las que se ha sedimentado la mayoría de los sólidos. El tratamiento UV es una tecnología común de tratamiento de agua; sin embargo, puede que solo sea práctico para efluentes diluidos donde la turbidez no es un problema. Un humedal de tratamiento proporciona tratamiento adicional y hábitat para la vida silvestre. Básicamente, se crea un gradiente de movimiento y se plantan plantas de humedal que facilitan la eliminación de nutrientes y patógenos. Así es como se tratan naturalmente en el medio ambiente las aguas residuales, como las escorrentías pluviales. Se puede permitir un proceso de compostaje para tratar el efluente, aunque primero debe secarse para facilitar la aireación, lo que requiere mucha tierra y energía. Se debe tener cuidado para garantizar que nadie respire el polvo del efluente fresco durante este proceso. El efluente también puede pasar por un proceso de tratamiento aeróbico para pulirlo; sin embargo, esto es costoso, intensivo y elimina nutrientes de un sistema productivo. Otras opciones de tratamiento de residuos pueden incluir filtros de arena y clarificadores .
Biodigestores capaces de controlar patógenos
Como se mencionó anteriormente, algunos procesos de biodigestores son capaces de controlar prácticamente todos los patógenos que se encuentran en las aguas residuales. Estos son los biodigestores termófilos, los biodigestores en fase y los biodigestores en etapas . En un biodigestor termófilo, el ambiente dentro del biodigestor es tan caliente que muchos patógenos no pueden sobrevivir. El entorno también es mucho más competitivo que el de un biodigestor normal. Los patógenos generalmente se aclimatan y se sienten más felices alrededor de la temperatura corporal. Afortunadamente muchos de los organismos capaces de realizar la Digestión Anaeróbica son termófilos u organismos amantes del calor. Sin embargo, se debe tener precaución con la toxicidad del amoníaco mencionada anteriormente, ya que los biodigestores termófilos son mucho más sensibles a este problema que los biodigestores a temperatura ambiente y más baja. Un biodigestor de fases separa las respectivas fases por las que debe pasar el material durante el proceso de digestión anaeróbica. El material orgánico sufre hidrólisis , acidogénesis , acetogénesis y metanogénesis . Esencialmente, un contenedor puede facilitar la conversión de compuestos orgánicos en solubles (hidrólisis), la producción de ácidos (acidogénesis y acetogénesis) o la producción de metano (metanogénesis). En la Digestión Anaeróbica en fase se utilizan dos o más recipientes para separar las fases. Esto se puede hacer físicamente (eliminando los compuestos orgánicos a medida que se hidrolizan), químicamente (inhibiendo la producción de metano o amortiguando los ácidos a un pH donde pueda ocurrir la metanogénesis) o biológicamente (acidificando el primer reactor). Si se permite que un reactor se acidifique para inhibir la producción de metano, el bajo pH también creará un ambiente extremo donde algunos patógenos no podrán vivir. Después de un ambiente ácido, se les introducirá en un ambiente productor de metano que además elimina los patógenos mediante la competencia microbiana. Un biodigestor de dos fases capaz de eliminar patógenos podría tener un primer tanque acidificante, que luego se alimenta a un segundo tanque termófilo que produce metano. Los biodigestores por etapas pueden funcionar de la misma manera cambiando los mecanismos de competencia en varias etapas (reactores), aunque aún sin separar completamente las fases.
Aplicar efluente
No es necesario eliminar completamente los patógenos cuando se da el cuidado adecuado a la aplicación del efluente. El efluente del biodigestor que todavía contiene patógenos puede aplicarse en campos de lixiviación subterráneos (con un clarificador), usarse para cultivos no comestibles y, en algunos casos, cultivos forrajeros , y aplicarse directamente a la tierra. Sin embargo, todas estas cosas requieren consideraciones de seguridad. Es necesario tener en cuenta la cantidad de exposición humana. La contaminación de las aguas subterráneas y de los cuerpos de agua son amenazas potenciales a la liberación de efluentes que no están completamente libres de patógenos al medio ambiente. La aplicación directa a la tierra debe tener en cuenta la exposición directa, como el uso de la tierra por parte de niños y adultos. Los cultivos no comestibles son otra opción y también permiten la captura de nutrientes. Los cultivos podrían incluir cultivos energéticos, producción de biomasa y muchos otros. Sin embargo, la exposición a los seres humanos vuelve a ser un riesgo que debe tenerse en cuenta. La forma más sencilla y segura de eliminar los efluentes es simplemente inyectarlos en un sistema de alcantarillado ya existente.
Conclusión
Los biodigestores ofrecen una variedad de beneficios a la persona interesada en el tratamiento ético de los desechos humanos. La consideración más importante, que no siempre se ha gestionado de manera eficaz, es el peligro que suponen para la salud los patógenos presentes en los desechos humanos. Estos sistemas son escalables desde el nivel doméstico y comunitario hasta aplicaciones de mayor escala industrial. Se pueden encontrar aplicaciones exitosas en todo el mundo y también en la historia. Lo mejor de todo es que la digestión anaeróbica ofrece convertir los desechos en un recurso.
Otras lecturas
- Bitton G. Microbiología de aguas residuales. 3.ª edición Wiley-Liss 2005
- van Haandel, AC, Lettinga, G. Tratamiento anaeróbico de aguas residuales: una guía práctica para regiones con clima cálido J Whiley 1994
- House, D. Manual completo de biogás, 3.ª edición, 2007 www.completebiogas.com
- Speece, RE Biotecnología anaeróbica para aguas residuales industriales Archae Press 1996
