Estudio de mezclas de fango deshidratado en polvo con carbón activado granular agotado procedentes de estaciones de tratamiento de aguas potables para su empleo como sustrato activo en humedales artificiales.

Abstract

[ES] El fango deshidratado y el carbón activado agotado son dos residuos inertes generados en el proceso de potabilización de las aguas captadas de fuentes superficiales. El fango deshidratado suele gestionarse como enmienda agrícola al ser mezclado con lodos procedentes de estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas (EDAR) adecuados para este fin. El carbón activado agotado es dispuesto en vertederos de inertes. Desde el año 2016 se están realizando en el IIAMA de la UPV diversos estudios para el empleo del fango deshidratado como sustrato activo en los humedales artificiales de flujo subsuperficial, con el fin de aprovechar la capacidad adsorbente que aún disponen estos fangos. El material una vez deshidratado se tritura en gravas de pequeño tamaño (alrededor de 0,1-0,5 cm) que son empleadas como sustrato; el residuo de la molienda es una fracción muy fina que se dispone a vertedero. Los resultados en humedales a escala planta piloto están siendo positivos en lo que se refiere a la eliminación de fósforo y nitrógeno, cuando estos humedales se emplean como tratamientos de afino para efluentes de EDAR tras un tratamiento secundario o terciario. Con respecto al carbón activado granular agotado, cabe decir que este agotamiento es relativo, ya que su disposición a vertedero no se realiza cuando está realmente agotado, sino cuando es económicamente más rentable comprar nuevo material antes de regenerar el actual. Esto es debido a que tras cada ciclo de regeneración se van perdiendo propiedades adsorbentes, por lo que llega un momento en el que el coste de la regeneración ya no compensa frente a la adquisición de nuevo material. Se ha comprobado que este carbón "agotado" es capaz de adsorber compuestos orgánicos pero es muy limitada su capacidad para retener fósforo. La hipótesis de partida del presente TFM es que una mezcla de carbón activado granular y fango deshidratado puede aprovechar de manera más eficiente las propiedades de ambos materiales, eliminando simultáneamente nutrientes y compuestos orgánicos persistentes como pesticidas y contaminantes emergentes. El objetivo final, conseguir una mezcla eficiente de ambos residuos, tiene un objetivo secundario muy importante: el aprovechamiento del residuo pulverulento del triturado del fango deshidratado. Los ensayos de mezcla no se van a realizar con los gránulos de 0,1-0,5 cm de fango, ya que estos serán empleados de forma estándar en humedales verticales sin mezclas de carbón activado, sino con el polvo residual para así poder dar un uso a este residuo y que no tenga que ser llevado a vertedero. En este estudio, el concepto de "mezcla eficiente" está muy relacionado con la permeabilidad del material resultante. Esta permeabilidad es clave a la hora de establecer la carga hidráulica superficial que se va a poder introducir. El carbón activado tiene muy buena permeabilidad ya que es un material filtrante clásico en el ámbito de las aguas, pero el polvo de fango deshidratado tiene una muy baja permeabilidad. De ahí el objetivo de obtener una mezcla que permita tratar un caudal significativo y se aprovechen las capacidades adsorbentes de ambos materiales. El procedimiento experimental será el siguiente: 1.- Elaborar isotermas de adsorción de fósforo para una masa de polvo ya existente, procedente de molturaciones previas del material, con el fin de conocer la capacidad máxima de adsorción. 2.- Elaborar mezclas con el 1%, 2%, 5%, 10% , 20% y 50% de polvo de fango completadas con carbón activado. 2.1.- Ensayos en columnas de laboratorio para determinar la permeabilidad. 2.2.- Ensayos de adsorción en columna. 3. Análisis de la información y obtención de la mezcla idónea. El resultado del trabajo permitirá aprovechar el residuo del fango molturado de una forma eficiente al combinarlo con carbón activado.

[EN] Dehydrated sludge and depleted activated carbon are two inert wastes generated in the purification process of water captured from surface sources. Dehydrated sludge is usually managed as an agricultural amendment as it is mixed with sludge from urban wastewater treatment plants (WWTP) suitable for this purpose. The spent activated carbon is disposed of in inert landfills. Since 2016, various studies have been carried out at the IIAMA of the UPV for the use of dehydrated sludge as an active substrate in artificial subsurface flow wetlands, in order to take advantage of the adsorbent capacity that these sludge still have. Once dehydrated, the material is crushed into small gravels (about 0.1-0.5 cm) that are used as a substrate; the grinding residue is a very fine fraction that is disposed of in a landfill. The results in wetlands at pilot plant scale are being positive with regard to the elimination of phosphorus and nitrogen, when these wetlands are used as refining treatments for WWTP effluents after secondary or tertiary treatment. With regard to spent granular activated carbon, it should be said that this depletion is relative, since its disposal to landfill does not take place when it is really depleted, but when it is economically more profitable to buy new material to regenerate the current one. This is due to the fact that after each regeneration cycle, adsorbent properties are lost, so there comes a time when the cost of regeneration no longer compensates for the acquisition of new material. This "spent" carbon has been shown to be capable of adsorbing organic compounds but its ability to retain phosphorus is very limited. The starting hypothesis of this TFM is that a mixture of granular activated carbon and dehydrated sludge can more efficiently take advantage of the properties of both materials, simultaneously eliminating nutrients and persistent organic compounds such as pesticides and emerging pollutants. The final objective, to achieve an efficient mixture of both residues, has a very important secondary objective: the use of the pulverulent residue from the crushed dehydrated sludge. The mixing tests will not be carried out with the granules of 0.1-0.5 cm of mud, since these will be used as a standard in vertical wetlands without activated carbon mixtures, but with the residual dust in order to give a use to this waste and that it does not have to be taken to a landfill. In this study, the concept of "efficient mixing" is closely related to the permeability of the resulting material. This permeability is key when establishing the surface hydraulic load that can be introduced. Activated carbon has very good permeability since it is a classic filter material in the field of water, but dehydrated sludge dust has a very low permeability. Hence the objective of obtaining a mixture that allows treating a significant flow rate and taking advantage of the adsorbent capacities of both materials.