Pathogen destruction and stabilization of sewage sludge in thermophilic digestion for its agricultural use. Effects on plants and soli microbial community

Abstract

El objetivo general de esta Tesis Doctoral consistió en el estudio de dos de los tratamientos avanzados propuestos en la futura Directiva Europea de aplicación de lodos a suelo, con el fin de evaluar el proceso de estabilización e higienización de los mismos. Estos tratamientos fueron: digestión aerobia autotérmica termófila (ATAD), y digestión anaerobia termófila (TAnD). Asimismo, también incluyó el estudio de los efectos de las características del proceso de estabilización en la comunidad microbiana de los lodos. Finalmente también se evaluó los efectos sobre el suelo y las plantas de la aplicación agrícola de un lodo avanzado, en comparación con uno convencional. Como principales conclusiones de esta Tesis se obtuvo que: La digestión ATAD de lodos de depuradora resultó ser un tratamiento adecuado de estabilización de lodos una vez se alcanzó la estabilidad del proceso operando con una alta velocidad de carga orgánica y un bajo tiempo de retención alcanzando los valores de destrucción de sólidos volátiles de un 38% requeridos para la obtención de un biosólido de Clase A, según la legislación americana. A su vez, el sistema ATAD redujo significativamente el contenido de patógenos humanos del efluente, alcanzando la completa eliminación de Salmonella spp., E. coli y coliformes totales, produciendo, por tanto, un biosólido de Clase A. Sin embargo, aunque produjo una reducción de las poblaciones de esporas de C. perfringens, ésta no fue suficiente para satisfacer los estándares microbiológicos de la futura Directiva Europea respecto a los tratamientos avanzados. La puesta en marcha de un digestor TAnD partiendo de un inóculo mesófilo mediante un aumento único y rápido de temperatura, determinó un periodo de arranque de 250 días. El sistema TAnD operó a mayores velocidades de carga orgánica y menores tiempos de retención que el sistema MAD mostrando una eficiencia similar respecto a la destrucción de sólidos volátiles y a la producción de biogás y de metano. Análogamente al sistema ATAD, la digestión termófila anaerobia resultó eficaz en la eliminación de Salmonella spp., E. coli y coliformes totales, pero no así de las esporas de C. perfringens. El efluente del digestor TAnD cumplió, por tanto, con la legislación americana para biosólidos de Clase A pero no con la futura norma europea para tratamientos avanzados. En esta Tesis Doctoral se propone un proceso de digestión en dos fases, mesófila-anaerobia seguida de una termófila (aerobia o anaerobia indistintamente) para la obtención de un lodo totalmente higienizado. Esta primera fase mesófila, con una duración de 24 horas, puede llevarse a cabo en un tanque de pretratamiento, no siendo necesaria la instalación de dos digestores. Las condiciones bajo las que tiene lugar el proceso de estabilización de los lodos (ausencia/presencia de oxígeno y temperatura), determinó tanto las características químicas de los lodos como su comunidad microbiana, que vio disminuida su diversidad tras la digestión termófila. La aplicación agrícola de lodos procedentes de distintos tipos de digestión alteró en distinto modo las comunidades microbianas del suelo. La aplicación agrícola de lodos procedentes de un tratamiento avanzado como el ATAD, produjo menores cambios en la microbiota del suelo, a la vez que fomentó más intensamente su actividad microbiana, produciendo un mayor crecimiento de las plantas así como la mejora de su estado fisiológico, en comparación con un tratamiento convencional