Biosólidos

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Los biosólidos son materia orgánica sólida recuperada de un proceso de tratamiento de aguas residuales y utilizada como fertilizante. ^[1] En el pasado, era común que los agricultores utilizaran estiércol animal para mejorar la fertilidad de su suelo. En la década de 1920, la comunidad agrícola también comenzó a utilizar lodos de depuradora de plantas de tratamiento de aguas residuales locales. La investigación científica a lo largo de muchos años ha confirmado que estos biosólidos contienen nutrientes similares a los del estiércol animal. Los biosólidos que se utilizan como fertilizantes en la agricultura suelen tratarse para ayudar a prevenir la propagación de patógenos causantes de enfermedades al público. ^[2] Algunos lodos de depuradora no pueden calificar como biosólidos debido a la persistencia, bioacumulatividad y toxicidad de sustancias químicas, radionucleidos y metales pesados ​​en niveles suficientes para contaminar el suelo y el agua cuando se aplican a la tierra.

Los biosólidos pueden definirse como sólidos orgánicos de aguas residuales que pueden reutilizarse después de procesos adecuados de tratamiento de lodos de depuradora que conducen a la estabilización de los lodos, como la digestión anaeróbica y el compostaje . ^[3]

Como alternativa, la definición de biosólidos puede estar restringida por las regulaciones locales a los sólidos de aguas residuales sólo después de que esos sólidos hayan completado una secuencia de tratamiento específica y tengan concentraciones de patógenos y sustancias químicas tóxicas por debajo de los niveles especificados. ^[4]

La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) define los dos términos –lodos de depuradora y biosólidos– en el Código de Reglamentos Federales (CFR), Título 40, Parte 503 de la siguiente manera: Los lodos de depuradora se refieren a los sólidos separados durante el tratamiento de las aguas residuales municipales (incluidos los residuos sépticos domésticos ). Por el contrario, los biosólidos se refieren a los lodos de depuradora tratados que cumplen con los requisitos de la EPA sobre contaminantes y patógenos para su aplicación en la tierra y eliminación en la superficie. ^[4] Una definición similar se ha utilizado a nivel internacional, por ejemplo, en Australia. ^[5]

El uso del término "biosólidos" puede estar sujeto oficialmente a las reglamentaciones gubernamentales. Sin embargo, el uso informal describe una amplia gama de productos orgánicos semisólidos provenientes de aguas residuales o lodos de depuradora. Esto podría incluir cualquier sólido, lodo o residuo de lodo líquido generado durante el tratamiento de aguas residuales domésticas, incluyendo la espuma y los sólidos eliminados durante los procesos de tratamiento primario, secundario o avanzado. ^[6] A los materiales que no se ajustan a la definición reglamentaria de "biosólidos" se les pueden dar términos alternativos como "sólidos de aguas residuales".

En 2004 se generaron aproximadamente 7,1 millones de toneladas secas de biosólidos en aproximadamente 16.500 instalaciones de tratamiento de aguas residuales municipales en los Estados Unidos. ^[7]

En los Estados Unidos, a partir de 2013, aproximadamente el 55% de los sólidos de las aguas residuales se utilizan como fertilizantes . ^[8] Los desafíos que se enfrentan al aumentar el uso de biosólidos incluyen el capital necesario para construir digestores anaeróbicos y la complejidad de cumplir con las regulaciones sanitarias. También existen nuevas preocupaciones sobre las microcontaminaciones en las aguas residuales (por ejemplo, contaminantes farmacéuticos ambientales persistentes ), que hacen que el proceso de producción de biosólidos de alta calidad sea complejo. ^[9] Algunos municipios, estados o países han prohibido el uso de biosólidos en tierras agrícolas. ^[9]

El fomento del uso agrícola de biosólidos tiene como objetivo evitar que los vertederos se llenen de materiales orgánicos ricos en nutrientes provenientes del tratamiento de aguas residuales domésticas que podrían reciclarse y aplicarse como fertilizantes para mejorar y mantener suelos productivos y estimular el crecimiento de las plantas. ^[7] Los biosólidos pueden ser un acondicionador y fertilizante agrícola ideal ^[10] que puede ayudar a promover el crecimiento de los cultivos para alimentar a la creciente población. Los biosólidos pueden contener macronutrientes nitrógeno , fósforo , potasio y azufre con micronutrientes cobre , zinc , calcio , magnesio , hierro , boro , molibdeno y manganeso . ^[5]

Los biosólidos contienen compuestos orgánicos sintéticos , radionucleidos y metales pesados . ^{[5] [11] [12]} La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) ha establecido límites numéricos para arsénico , cadmio , cobre, plomo , mercurio , molibdeno, níquel , selenio y zinc, pero no ha regulado los niveles de dioxinas. ^{[7] [13]}

También pueden estar presentes en los biosólidos contaminantes procedentes de productos farmacéuticos y de cuidado personal, así como algunos esteroides y hormonas. [ ¹⁴ ] En 2001 se detectaron niveles importantes de éteres de difenilo polibromados persistentes, bioacumulables y tóxicos (PBT) en biosólidos. ^[15]

En 2014, el Servicio Geológico de los Estados Unidos analizó nueve productos de consumo diferentes que contenían biosólidos como ingrediente principal de 87 sustancias químicas orgánicas presentes en limpiadores, productos de cuidado personal, productos farmacéuticos y otros productos. Estos análisis detectaron 55 de las 87 sustancias químicas orgánicas medidas en al menos una de las nueve muestras de biosólidos, y se encontraron hasta 45 sustancias químicas en una sola muestra. ^[16]

En 2014, la ciudad de Charlotte, Carolina del Norte , descubrió niveles extremos de bifenilos policlorados (PCB) en sus biosólidos después de ser alertada de que se estaban produciendo vertidos ilegales de PCB en plantas regionales de tratamiento de aguas residuales en todo el estado. ^[17]

La aplicación de biosólidos en la tierra en Carolina del Sur se detuvo en 2013 después de que el Departamento de Salud y Control Ambiental de Carolina del Sur (SCDHEC) promulgara una regulación de emergencia que prohibía la aplicación en la tierra de cualquier biosólido contaminado con PCB, independientemente de si era de clase A o clase B. ^[18] Muy poco tiempo después, el SCDHEC amplió las advertencias sobre el consumo de peces con PCB para casi todas las vías fluviales que bordean los campos de aplicación de biosólidos en la tierra. ^[19]

En 2019, el estado de Maine descubrió que el 95 % de los lodos de depuradora producidos en el estado contenían niveles peligrosos de sustancias químicas perfluoroalquiladas y polifluoroalquiladas (PFAS). Se descubrió que varias granjas que habían esparcido biosólidos como fertilizantes habían contaminado el suelo, las aguas subterráneas, los animales y los cultivos con PFAS. Cientos de otras granjas estaban potencialmente contaminadas de manera similar. Posteriormente, el estado impuso reglas adicionales que restringen la propagación de biosólidos. ^[20] En 2023, Arturo A. Keller de la Escuela Bren de Ciencias Ambientales y Gestión de la Universidad de California en Santa Bárbara comenzó a trabajar en soluciones para eliminar estos PFAS, incluida la creación de fertilizantes de biocarbón a partir de los biosólidos. ^[21]

Los biosólidos utilizados como fertilizantes han provocado contaminación por PFAS en la carne de res criada en Michigan. ^[22]

En octubre de 2021, la EPA anunció la Hoja de Ruta Estratégica de PFAS que incluye la evaluación de riesgos de PFAS ( PFOA y PFOS ) en biosólidos. ^{[23] [24]}

En los Estados Unidos, la EPA exige ciertos procesos de tratamiento diseñados para reducir significativamente los niveles de ciertos organismos denominados indicadores en los biosólidos. ^[7] Estos incluyen "... estándares operativos para coliformes fecales, bacterias Salmonella sp., virus entéricos y huevos viables de helmintos ". ^[25]

Sin embargo, la Water Environment Research Foundation, con sede en Estados Unidos, ha demostrado que algunos patógenos sobreviven al tratamiento de lodos de depuradora . ^[26]

Las regulaciones de la EPA sólo permiten la aplicación generalizada de biosólidos sin patógenos detectables; aquellos con patógenos restantes tienen uso restringido. ^[27]

1. Digestión Anaeróbica: Los microorganismos descomponen los lodos en ausencia de oxígeno a temperaturas mesófilas (a 35 °C) o termófilas (entre 50 y 57 °C).
2. Digestión aeróbica: Los microorganismos descomponen los lodos en presencia de oxígeno, ya sea a temperatura ambiente y mesófila (10 °C a 40 °C) o autotérmica (40 °C a 80 °C).
3. Compostaje: Proceso biológico en el que la materia orgánica se descompone para producir humus después de agregarle algún material de relleno seco, como aserrín, astillas de madera o desechos de jardín triturados, en condiciones aeróbicas controladas.
4. Tratamiento alcalino: El lodo se mezcla con materiales alcalinos como cal o polvo de horno de cemento, o cenizas volantes de incinerador y se mantiene a un pH superior a 12 durante 24 horas (para la clase B) o a una temperatura de 70 °C durante 30 minutos (para la clase A).
5. Secado por calor: Se utilizan secadores convencionales o de conducción para secar los biosólidos.
6. Deshidratación: La separación del agua de los biosólidos se realiza para obtener un producto semisólido o sólido mediante el uso de tecnologías de deshidratación (centrífugas, filtros prensa de banda, filtros prensa de placas y marcos, y lechos y lagunas de secado). ^[28]

• Agricultura - Biosólidos como alternativa a los fertilizantes químicos
  • Los biosólidos son similares al estiércol animal en que consisten en diversos nutrientes y materiales orgánicos que apoyan el crecimiento de los cultivos, al mismo tiempo que enriquecen el suelo y mejoran su capacidad para retener agua. ^[29]
  • Nutrifor es la marca de un biosólido creado por Metro Vancouver , Canadá, a partir de biosólidos recuperados de tratamientos avanzados de agua. Esta sustancia se somete a un proceso de tratamiento a alta temperatura y descomposición por microorganismos para erradicar las bacterias perjudiciales y disminuir los olores desagradables. El resultado final es una sustancia rica en nutrientes, similar al suelo, que se puede aplicar directamente sobre el suelo como fertilizante o incorporar a la composición del suelo. ^[30]
  • La región de Halton , en Ontario, Canadá, ha introducido un programa de reciclaje de biosólidos en el que se extraen biosólidos de las siete instalaciones de tratamiento de aguas residuales de Halton y se reciclan como fertilizante agrícola y acondicionador de suelos. Se siguen los estándares de calidad y seguridad del Ministerio de Medio Ambiente, Conservación y Parques de Ontario (MECP) para el procesamiento y la reutilización de biosólidos. En promedio, la región de Halton ha producido más de 35.000 toneladas de biosólidos por año. ^[31]
• Silvicultura
  • Se ha demostrado que los biosólidos aceleran el crecimiento de la madera, lo que facilita un crecimiento más rápido y eficaz de los bosques. El Distrito Regional de Nanaimo , en Columbia Británica, Canadá, ha introducido un programa de gestión de biosólidos galardonado llamado Programa de Fertilización Forestal, a través del cual los biosólidos creados tienen el potencial de mejorar el crecimiento de los árboles en áreas con nutrientes limitados, al mismo tiempo que se alinean las prácticas de utilización de la tierra con las actividades forestales y las actividades recreativas. ^[32]
• Remediación de suelos
  • Los biosólidos han demostrado ser eficaces para promover el crecimiento de vegetación sostenible, mitigar la presencia de sustancias nocivas en el suelo, controlar la erosión del suelo y revitalizar los perfiles del suelo en áreas comprometidas, lo que a su vez es crucial para la rehabilitación de sitios que carecen de una capa superficial adecuada. ^[33]
  • El Distrito Regional de Nanaimo, en asociación con Nanaimo Forest Products Ltd., ha introducido un Programa de Fabricación de Suelos para fabricar suelos en la fábrica Harmac en Duke Point , Columbia Británica, Canadá. Este también es un sitio de contingencia planificado para biosólidos de GNPCC ^[34]
• Céspedes y jardines domésticos
  • La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos menciona que los biosólidos que cumplen con los estándares más rigurosos para reducir contaminantes, patógenos y atractivo para los vectores pueden ser adquiridos por particulares en ferreterías, centros de jardinería y hogar o directamente en las instalaciones de tratamiento de aguas residuales de su comunidad. ^[35]
• El biogás como fuente de energía alternativa
  • La ciudad de Barrie , en Ontario, Canadá, se ha asociado con una empresa de ingeniería consultora para convertir y optimizar el biogás obtenido de los biosólidos de su planta de tratamiento de aguas residuales (WwTF) local y utilizar este biogás generado a partir de digestores anaeróbicos como fuente de energía para los dos motores de cogeneración (cogen) y calderas de la instalación. ^[36]
  • La ciudad de Hamilton, en Ontario, Canadá, también tiene un plan maestro similar para los biosólidos presentes en los tratamientos de aguas residuales de la ciudad. En su plan maestro para los próximos 20 años, se propone reducir la gestión de los biosólidos y fomentar el uso del biogás producido para la producción de energía mediante cogeneración. ^[37]

En una publicación del Gobierno de Canadá y la Federación de Agricultura de Ontario , el autor menciona que el uso del método de aplicación terrestre de biosólidos es más rentable para los contribuyentes en comparación con los métodos alternativos de gestión, como la eliminación en un vertedero. ^[38]

En el Código de Reglamentos Federales de los Estados Unidos (CFR), Título 40, Parte 503, se regula la gestión de los biosólidos. En ese reglamento federal, los biosólidos se clasifican generalmente de forma diferente según la cantidad de contaminantes que contienen y el nivel de tratamiento al que han sido sometidos (este último determina tanto el nivel de reducción de la atracción de vectores como el nivel de reducción de patógenos). Estos factores también afectan la forma en que pueden diseminarse (a granel o en bolsas) y el nivel de supervisión de control que, a su vez, determina dónde y en qué cantidad pueden aplicarse. ^[39] El Programa Orgánico Nacional prohíbe el uso de biosólidos en el cultivo de cultivos orgánicos certificados. ^[40]

La Unión Europea (UE) fue la primera en emitir regulaciones para la aplicación de biosólidos en el suelo; esto tenía como objetivo poner un límite al riesgo de patógenos y contaminación. ^[41] Estos riesgos provienen del hecho de que algunos metabolitos permanecen intactos después de los procesos de tratamiento de aguas residuales. ^[42] Los debates sobre el uso de biosólidos varían en severidad en toda la UE. ^{[41] [43]}

En 2003, el Ministerio de Medio Ambiente y la Asociación de Agua y Residuos de Nueva Zelanda elaboraron el documento Guidelines for the safe application of biosolids to land in New Zealand (Directrices para la aplicación segura de biosólidos en la tierra en Nueva Zelanda). En el documento, los biosólidos se definieron como "lodos de depuradora o lodos de depuradora mezclados con otros materiales que han sido tratados y/o estabilizados hasta el punto de que pueden aplicarse de manera segura y beneficiosa a la tierra... [y se observó que] tienen importantes propiedades fertilizantes y acondicionadoras del suelo como resultado de los nutrientes y materiales orgánicos que contienen". ^[44]

Posteriormente , una científica neozelandesa, Jacqui Horswell, dirigió una investigación colaborativa del Instituto de Ciencias e Investigación Ambiental , Scion , Landcare Research y el Instituto Cawthron sobre la gestión de los residuos, en particular los biosólidos, y esto ha servido de base para el desarrollo de marcos para involucrar a las comunidades locales en el proceso. En 2016, el proyecto desarrolló un Marco de participación comunitaria para los biorresiduos con el fin de proporcionar directrices en una consulta eficaz con las comunidades sobre la descarga de biorresiduos a la tierra, ^[45] y en 2017 otro proyecto colaborativo de tres años con los ayuntamientos tenía como objetivo desarrollar una estrategia colectiva de biosólidos y utilizar el programa en la parte baja de la Isla Norte . ^[46] Cuando se revisó el proyecto en 2020, la conclusión fue que había demostrado que los biosólidos pueden reutilizarse de forma beneficiosa. ^[47]

Un artículo de investigación de 2019 informó sobre las consideraciones de gestión en torno al uso de biosólidos como fertilizantes, específicamente para tener en cuenta la complejidad de los nutrientes que reducen la disponibilidad para la absorción de las plantas, y señaló que las partes interesadas deben "tener en cuenta la disponibilidad esperada de los nutrientes para las plantas al evaluar el riesgo y los beneficios de estos materiales biológicos". ^[48]

A medida que surgió la preocupación pública sobre la eliminación de volúmenes cada vez mayores de sólidos en los Estados Unidos que se eliminan de las aguas residuales durante el tratamiento de aguas residuales ordenado por la Ley de Agua Limpia , la Federación del Medio Ambiente del Agua (WEF) buscó un nuevo nombre para distinguir el producto limpio y viable para la agricultura generado por el tratamiento moderno de aguas residuales de las formas anteriores de lodos de depuradora ampliamente recordados por causar condiciones ofensivas o peligrosas. De 300 sugerencias, los biosólidos se atribuyeron al Dr. Bruce Logan de la Universidad de Arizona y fueron reconocidos por la WEF en 1991. ^[49]

• Milorganite es la marca comercial de un fertilizante de biosólidos producido por el Distrito de Alcantarillado Metropolitano de Milwaukee . ^[50] El fertilizante de nitrógeno orgánico reciclado de la Planta de Recuperación de Agua de Jones Island en Milwaukee , Wisconsin, se vende en toda América del Norte y reduce la necesidad de nutrientes fabricados.
• Loop es la marca registrada de un aditivo de suelos a base de biosólidos producido por la División de Tratamiento de Aguas Residuales del Condado de King . ^[51] Loop se ha mezclado con GroCo, un producto de compost disponible comercialmente, desde 1976. Varias granjas y bosques locales también utilizan Loop directamente. ^[52]
• TAGRO es la abreviatura de "Tacoma Grow" y es producido por la ciudad de Tacoma, Washington , desde 1991. ^{[53] [54]}
• Dillo Dirt ha sido producido por la ciudad de Austin, Texas , desde 1989.
• Los biosólidos se aplican como fertilizantes en la región central de trigo de Australia como parte de un programa de reciclaje de la Water Corporation.

• Reutilización de excretas