Estudio para mejorar la eliminación de fósforo en humedales artificiales empleando fangos generados en la potabilización del agua, mediante procesos de adsorción. Aplicación a la potabilizadora La Presa (Manises, Valencia)

Abstract

Aluminum-based sludges are unavoidable waste generated in drinking water treatment plants (ETAP), when aluminum salts are used as chemical coagulants for treatment. These waste is mainly disposed in landfills, increasing in this way, the overall water treatment costs. In recent years there have been several researches about possible ways to reuse sludges that came from ETAP. Among the different reuse alternatives exist the possibility of taking advantage of the adsorbent capability that still keep these sludges before their final disposal.

In this sense, it was evaluated the phosphate adsorption capability of the sludge generated in ETAP La Presa (Manises, Valencia) and its applicability in subsurface constructed wetlands, to improve phosphorus removal in partially treated urban wastewater. In this way, it is obtained an effluent from urban wastewater treatment plants (EDAR) with low phosphorus concentrations and better quality that could be used in applications where low nutrients concentrations are required. On the other hand, it is possible to generate an enrichment of sludge's nutrients that could be applied in farming as the final destination.

The dehydrated sludge was conditioned to be adapted as an adsorbent medium through grinding and sieving, resulting particles size between 0.06 and 9.5 mm. The maximum phosphates adsorption capability varied between 0.85 and 2.34 mg P-PO43-/g, which were determined from an adjustment of experimental data obtained in adsorption isotherms with the Langmuir model. Subsequently, discontinuous and continuous flow column tests were carried out at surface hydraulic loads (CHS) ranging from 0.12 to 0.40 m3/m2d with a phosphorus removal between 0.92 and 4.00 g P-PO43-/m2d for the discontinuous flow column and 0.33 g P-PO43-/m2d with CHS between 0.99 and 0.22 m3/m2d for the continuous flow column. It was possible to remove more than 99% of phosphorus during the experiment time (125 and 70 days for the batch and continuous flow columns respectively). During this period, the saturation point was not reached.

On the other hand, although there was some aluminum release in the effluent during column operation, the concentrations were below the maximum limit acceptable for human consumption (0.2 mg Al/l). This result point out that the aluminum¿s release potential would not be an impediment to the halophytes development. A proof of this is that, in a planting trial, the reed had a good growth during the seven-week follow-up.

The results showed that dehydrated sludge can be reused for the phosphorus removal in subsurface constructed wetlands, thus converting a waste into a material useful to eliminate wastewater contaminants.

Los lodos a base de aluminio son un residuo ineludible generado en las estaciones de tratamiento de agua potable (ETAP), cuando se utiliza sales de aluminio como coagulante químico para su tratamiento. Este residuo es dispuesto en vertederos principalmente, aumentando con ello, los costes globales del tratamiento del agua. En los últimos años se han hecho numerosas investigaciones acerca de posibles formas de reutilización de los fangos de ETAP. Entre las diversas alternativas de reutilización se encuentra la posibilidad de aprovechar la capacidad adsorbente que aún mantienen estos fangos antes de su disposición final.

Es así, como en este estudio se evaluó la capacidad de adsorción de fosfatos de los lodos generados en la ETAP La Presa (Manises, Valencia) y su aplicabilidad en humedales artificiales subsuperficiales, para mejorar la eliminación de fósforo de las aguas residuales urbanas parcialmente tratadas. De esta manera se obtiene, por un lado, un efluente de las estaciones de tratamiento de agua residual urbana (EDAR) de mejor calidad con bajas concentraciones de fósforo que podría ser utilizado en usos donde se precise bajas concentraciones de nutrientes y por otro, un enriquecimiento de nutrientes de los fangos que podrían ser aplicados en la agricultura como destino final del mismo.

El lodo deshidratado se acondicionó para ser adaptado como medio adsorbente mediante trituración y tamizado, lo que resultó un tamaño de partículas entre 0.06 y 9.50 mm. La capacidad máxima de adsorción de fosfatos varió entre 0.85 y 2.34 mg P-PO43-/g, determinada a partir de un ajuste de los datos experimentales obtenidos en las isotermas de adsorción con el modelo de Langmuir. Posteriormente, se llevaron a cabo ensayos en columna de flujo discontinuo y continuo a cargas hidráulicas superficiales (CHS) que variaron entre 0.12 y 0.40 m3/m2d con una eliminación de fósforo entre 0.92 y 4.00 g P-PO43-/m2d para la columna de flujo discontinuo y de 0.33 g P-PO43-/m2d con CHS entre 0.99 y 0.22 m3/m2d para la columna de flujo continuo. Se consiguió eliminar más del 99% de fósforo durante el tiempo del experimento (125 y 70 días para las columnas de flujo discontinuo y continuo respectivamente). Durante este periodo no se alcanzó el punto de saturación.

Por otra parte, aunque se presentó cierta liberación de aluminio en el efluente durante la operación de las columnas, las concentraciones se encontraron por debajo del límite máximo aceptable para consumo humano (0.2 mg Al/l). Este resultado indica que el potencial de liberación de aluminio no sería un impedimento para el desarrollo de las plantas halófitos. Muestra de ello es que, en un ensayo de plantación, el carrizo tuvo un buen crecimiento durante las siete semanas de seguimiento.

Los resultados mostraron que el lodo deshidratado se puede reutilizar para la remoción de fósforo en humedales artificiales subsuperficiales, convirtiendo así, un residuo en un material útil para eliminar contaminantes de aguas residuales.

[CA] Els fangs a base d'alumini són un residu ineludible generat a les estacions de tractament d'aigua potable (ETAP), quan s'utilitzen les sals d'alumini com a coagulant químic per al seu tractament. Aquest residu està disposat a abocadors principalment, augmentant amb això, els costos globals del tractament de l'aigua. En els últims anys s'han investigat les possibles formes de reutilització dels fangs d'ETAP. Entre les diverses alternatives de reutilització es troba la possibilitat d'aprofitar la capacitat d'adsorció que encara mantenen aquests fangs abans de la seua disposició final. És així, com en aquest estudi es va avaluar la capacitat d'adsorció de fosfats dels fangs generats a l'ETAP La Presa (Manises, València) i la seua aplicabilitat en aiguamolls artificials subsuperficials, per millorar l'eliminació de fòsfor de les aigües residuals urbanes tractades en menor mesura. D'aquesta manera s'obté, d'una banda, un efluent de les estacions de tractament d'aigua residuals urbana (EDAR) de millor qualitat amb baixes concentracions de fòsfor que podria ser utilitzat en usos on es precisa baixes concentracions de nutrients i per l'altra, un enriquiment de nutrients dels fangs que s'apliquen en l'agricultura com a destí final. El fang deshidratat està condicionat per a ser adaptat com a mitjà adsorbent mitjançant la trituració i el tamisat, el que va resultar una mida de les partícules entre 0.06 i 9.5 mm. La capacitat màxima d'adsorció de fosfats va variar entre 0.85 i 2.34 mg P-PO4 3-/g, determinada a partir d'un ajust de les dades experimentals obtingudes en les isotermes d'adsorció amb el model de Langmuir. Posteriorment, es van dur assajos en columna de flux discontinu i continu a càrregues hidràuliques superficials (CHS) que van variar entre 0.12 i 0.40 m3/m2d amb una eliminació de fòsfor entre 0.92 i 4.00 g P-PO4 3-/m2d per a la columna de flux discontinu i de 0.33 g P-PO4 3-/m2d amb CHS entre 0.99 i 0.22 m3/m2d per a la columna de flux continu. Es va aconseguir eliminar més del 99% de fòsfor durant el temps de l'experiment (125 i 70 dies per a les columnes de flux discontinu i continu respectivament). Durant aquest període no es va assolir el punt de saturació. D'altra banda, tot i que es va produir l'alliberament d'alumini en l'efluent durant l'operació de les columnes, les concentracions es van trobar per baix del límit màxim acceptable per al consum humà (0.2 mg Al / l). Aquest resultat indica que el potencial d'alliberament d'alumini no és un impediment per al desenvolupament de les plantes halòfites. Mostra d'això és en un assaig de plantació, el canyís va créixer adequadament durant les set setmanes de seguiment Els resultats ens mostren què el fang deshidratat es pot reutilitzar per a l'eliminació de fòsfor en aiguamolls artificials subsuperficials, convertint així, un residu en un material útil per eliminar contaminants d'aigües residuals.