Dpto. Bioquímica y Biología Molecular

Lodos de depuradora:

de residuo ambiental a

bioestimulante agronómico

Dpto. Bioquímica y Biología

Molecular

Pablo Caballero Jiménez

pcaballero2@us.es

Lodos activados

• Biomasa microbiana viva y muerta• Substancia extracelular polimérica• Alto contenido en MO (6-10% N)

Flóculos

1. LODOS DE DEPURADORA

Lodos activados

Flóculos

CONTAMINACIÓN DE AGUAS

GESTIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS

• 25 - 60 % costos operativos• 40 % del total de emisiones de

gases de efecto invernadero

GESTIÓN DE LODOS DE DEPURADORA

Lodos activados

Flóculos

CONTAMINACIÓN DE AGUAS

GESTIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS

• 25 - 60 % costos operativos• 40 % del total de emisiones de

gases de efecto invernadero

GESTIÓN DE LODOS DE DEPURADORA

Producción en aumento

Directiva 91/271/CEE

Tratamiento de las aguas residuales urbanas

En Europa se producen 10 M ton/año

Lodos activados

Flóculos

Lodos activados

Flóculos

Apto como material componente de productos fertilizantes

< Límites metales pesados

Composición inorgánica

N ~ 55 g/KgP ~ 20 g/kgK ~ 5 g/Kg

Compuesto por microorganismos potencialmente patógenos

Macro y micronutrientes vegetales

COMPOSICIÓN INTERESANTE DESDE EL PUNTO DE VISTA AGRONÓMICO

2. GESTIÓN DE LODOS

REUTILIZACIÓN (Agricultura)

REUTILIZACIÓN (agricultura)

INCINERACIÓN

VERTEDERO

AGUAS SUPERFICIALES

OTROS (secado térmico, gasificación pirolisis…)

ENMIENDA ORGÁNICA FERTILIZANTES Y BIOESTIMULANTES

Directiva 86/278/CEE

Real Decreto 1310/1990

Reglamento (UE) 2019/1009

*Consideraciones:Orden de 6 de agosto de 2018

Real Decreto 506/2013

APTOS como materia prima

NO CONTEMPLADOS

• S i n s u s t a n c i a s p e l i g r o s a s

• L i m i t e s d e m e t a l e s p e s a d o s

• H i g i e n i z a d o s y e s t a b i l i z a d o s

Prohibido su uso directo

EVITAR POSIBLES EFECTOS NOCIVOS

APTOS para su uso de manera controlada

Digestión anaeróbia

CONVENCIONALES

• Mejora las propiedades del suelo

• Mejora de la producción agrícola

Compostaje

OBTENCIÓN DE ENMIENDAS ORGÁNICAS

Enzimas

MicroorganismosPGPR

Hidrólisisenzimática

Y fermentación

ALTERNATIVAS

OBTENCIÓN DE BIOESTIMULANTES

Requieren un tratamiento de

higienización previo

ENFOCADAS AL USO AGRONÓMICO

> <• Aumenta la eficiencia y calidad del cultivo

• Protección frentes a estrés

• Mejora la absorción de nutrientes

• Estimulan la microbiota del suelo

TECNOLOGÍAS BIOLÓGIAS DE TRATAMIENTO DE LODOS

2. GESTIÓN DE LODOS

Substancias y/o microorganismos que, aplicados en pequeñas cantidades a plantas o a la rizosfera, estimula el proceso natural mejorando la absorción de nutrientes y la eficiencia, calidad y tolerancia a

estreses abióticos de los cultivos con independencia de su contenido nutricional

3. BIOESTIMULANTES AMBIENTALES

Modulan la absorción de N

Reducen la transpiración

Protección frente a estreses

Estimulan la microbiota del suelo

Regulan el crecimiento

Efectos hormonales

Herramienta para regular y/o modificar los proceso fisiológicos en plantas

Mejoran eficiencia nutricional

N • Substancias húmicas

• Hidrolizados proteicos

• Extractos de algas

• Quitosano

• Compuestos inorgánicos

• Hongos beneficiosos

• Bacterias beneficiosas

TECNOLOGÍA ENZIMÁTICA

LODO COMO SUBSTRATO

ENZIMA / MIX ENZIMATICO

• ENZIMAS COMERCIALES / OBTENIDAS

MEDIANTE FERMENTACIÓN

• PROCESO RÁPIDO

• SENCILLEZ OPERACIONAL

4. TECNOLOGÍAS BIOLÓGICAS ALTERNATIVAS

PRETRATAMIENTO FÍSICO +

LODO COMO SUBSTRATO

• PROCESO RÁPIDO

Sin pretratar

Pretratados

AUTOCLAVADO

Higienización del substrato enzimático/

fermentativo

EXPLOSIÓN SÚBITA DE VAPOR (ESV)

• Biodisponibilidad• Contenido soluble• Accesibilidad a la degradación biológica

LODO COMO SUBSTRATO

• PROCESO RÁPIDO

LODO COMO SUBSTRATO

HIDROLIZADOS PROTÉICOS

- Modulan absorción de N- Agentes quelantes- Agentes antioxidantes- Actividad hormonal- Tolerancia frente a salinidad- Estimulación de la microbiota del suelo

BIODISPONIBILIDAD

CONTENIDO SOLUBLE

• PROCESO RÁPIDO

Péptidos yAA libres

PROTEASAS

(Lodos ~35% proteínas)

Proteínas

LODO COMO SUBSTRATO

• PROCESO RÁPIDO

> 10 kDa

Estimulación de actividades enzimáticas del suelo• Deshidrogenasa Actividad microbiana

• Fosfatasa

• B-Glucosidasa Reciclado de nutrientes

FRACCIÓN PROTEICA

PROTEASAS

Péptidos y AA libres(Alta biodisponibilidad)

LODO COMO SUBSTRATO

• PROCESO RÁPIDO

BIOESTIMLACIÓN EDAFOLÓGICA

• APLICACIÓN FOLIAR MEJORÓ EL RENDIMIENTO DEL CULTIVO

• INCREMENTO CONCENTRACIÓN DE NUTRIENTES EN LAS PLANTAS Y DE PROTEÍNA EN GRANO

Modulan la

absorción de N

Agentes

quelantes

Tolerancia

frente a

salinidad

Actividad

hormonal

Actividad

antioxidante

EFECTO BIOESTIMULANTE DE HIDROLIZADOS PROTEICOS DEBIDA A:

BIOESTIMULACIÓN VEGETALTECNOLOGÍA ENZIMÁTICA

LODO COMO SUBSTRATO

• PROCESO RÁPIDO

Insecticidas organofosforados

Herbicidasdifeniléteres

BIORREMEDIACIÓN SUELOS CONTAMINADOSTECNOLOGÍA ENZIMÁTICA

LODO COMO SUBSTRATO

• PROCESO RÁPIDO

TECNOLOGÍA FERMENTATIVA

LODO COMO SUBSTRATO

MICROORGANISMOPGPR

• SIN COSTE DE ENZIMAS

• PRODUCTO COMPLEJO

• MICROORGANISMOS PGPR

EN EL PRODUCTO

METABOLITOS BACTERIANOS DE INTERÉS

- Homólogos de fitohormonas- Agentes quelantes- Agentes surfactantes- Moléculas antioxidantes- Compuestos sideróforos- Ácidos orgánicos…

Mixenzimático

Acción simultanea sobre múltiples substratos

Microorganismo – Bacillus licheniformis

BIODISPONIBILIDAD

CONTENIDO SOLUBLE

LODO COMO SUBSTRATO

MICROORGANISMOPGPR

EN EL PRODUCTO

Adaptable al medio

LODO COMO SUBSTRATO

MICROORGANISMOPGPR

EN EL PRODUCTO

• Biomasa de Bacillus~ 5 x 108 UFC/g

• Mix enzimáticoAlta actividad proteasa

(~35 U/g)• Metabolitos bacterianos

• Producto altamente biodisponible~75 % <1 KDa

LODOS FERMENTADOS

Biomasa de Bacillus

Secretado bacteriano

Hidrolizado proteico

LODO COMO SUBSTRATO

MICROORGANISMOPGPR

EN EL PRODUCTO

LODO COMO SUBSTRATO

MICROORGANISMOPGPR

EN EL PRODUCTO

BIOESTIMLACIÓN EDAFOLÓGICA

A NIVEL BIOQUÍMICO

A NIVEL MICROBIOLÓGICO

• Estimulación de la microbiota• Estimulación de enzimas involucradas

en el reciclado de nutrientes (P, N)

• El Bacillus (PGPR) se establece en elsuelo

• La fracción soluble es la principalresponsable de la estimulación en granparte debido al secretado enzimático

• Se favorecieron diversas bacterias PGPRen el suelo

ESTRATEGIA DE ECONOMÍA CIRCULAR

APLICADA A LA CONVERSIÓN DE PLANTAS DE

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DE

MATADERO EN BIOREFINERÍAS

5. TECNOLOGÍA FERMENTATIVA - PROYECTO Water2REturn

MATADEROLODOS

AGUAS RESIDUALES

GRASA, SÓLIDOS

UNIDAD DE FILTRACIÓN

GRASA, SÓLIDOS

NITRATOS /FOSFATOS

MATADEROLODOS

AGUAS RESIDUALES

FERTILIZANTENITRATO

ORGÁNICO

EDAR UNIDAD FERMENTATIVA

DE LODOS

LODO FERMENTADO

GRASA, SÓLIDOS

NITRATOS /FOSFATOS

MATADEROLODOS

AGUAS RESIDUALES

BIOESTIMULANTE A BASE DE BIOMASA

DE BACILLUS sp

FERTILIZANTENITRATO

ORGÁNICO

UNIDAD DE DIGESTION ANAERÓBICA

UNIDAD FERMENTATIVA

DE LODOS

LODO FERMENTADO

DE BACILLUS sp

FERTILIZANTENITRATO

ORGÁNICO

GRASA, SÓLIDOS

NITRATOS /FOSFATOS

MATADERO

ENERGÍA

AGUAS RESIDUALES

PLANTA DE TRATAMIENTO DE ALGAS

BIOMASA DE ALGAS

UNIDAD FERMENTATIVA

DE LODOS

LODO FERMENTADO

DE ALGAS

DE BACILLUS sp

FERTILIZANTENITRATO

ORGÁNICO

GRASA, SÓLIDOS

NITRATOS /FOSFATOS

MATADERO

ENERGÍA

NUTRIENTES

AGUAS RESIDUALES

BIOMASA DE ALGAS

UNIDAD FERMENTATIVA

DE LODOS

LODO FERMENTADO

PROCESOS DE CARACTERIZACIÓN, EVALUACIÓN Y FORMULACIÓN CON FINES AGRONÓMICOS

DE ALGAS

DE BACILLUS sp

FERTILIZANTENITRATO

ORGÁNICO

GRASA, SÓLIDOS

NITRATOS /FOSFATOS

MATADERO

ENERGÍA

NUTRIENTES

AGUAS RESIDUALES

BIOMASA DE ALGAS

UNIDAD FERMENTATIVA

DE LODOS

LODO FERMENTADO

DE ALGAS

DE BACILLUS sp

FERTILIZANTENITRATO

ORGÁNICO

GRASA, SÓLIDOS

NITRATOS /FOSFATOS

MATADERO

ENERGÍA

NUTRIENTES

AGUAS RESIDUALES

PROCESOS DE CARACTERIZACIÓN, EVALUACIÓN Y FORMULACIÓN CON FINES AGRONÓMICOS

5. TECNOLOGÍA FERMENTATIVA DISEÑO DE UNA UNIDAD DE FERMENTACIÓN INDUSTRIAL

Sistema de concentración de lodos

Sistema de pretratamiento

sanitización de lodos

Fermentación

Tubo floculador. Permite el mezclado del lodocon el polielectrolito antes de su entrada enel tamiz rotativo

Tamiz rotativo. Permite la concentración de lodosprocedentes de un espesador vertical

3 % p/v 6 % p/v

Flujo de tratamiento 0,18 m3/h

Tiempo de residencia

120 °C1 Atm

sobrepresión

ESTERILIZADOR

Esta parte de la unidad de fermentaciónse encuentra actualmente en procesode certificación ETV

SISTEMA DE PRETRATAMENTO CASCADE & FLASH (C&F)

Fermentación

CICLOS DE 6 DÍAS DE FERMENTACIÓN

4.5 m3 de lodo fermentadocada 6 días

~ 5 x 108 UFC Bacillus/g

MS 6 % p/v

Δ ~ 13 % contenido soluble

Componente orgánicosoluble constituido > 70%por moléculas < 1 KDa

Fermentación

DISPOSICIÓN DE LOS EQUIPOS

VOLUMEN DE LODOS TRATADO

9 m3/ciclo

VOLUMEN DE PRODUCTO

FERMENTADO

4,5 m3/ciclo

5. TECNOLOGÍA FERMENTATIVA BALANCE GLOBAL DEL PROCESO INDUSTRIAL

150-225 m3

Aguas residuales

9 m3/ciclo ADAPTABLE A PEQUEÑAS EDARs

(1350 h.e.) VOLUMEN DE PRODUCTO

FERMENTADO

4,5 m3/ciclo

AUNQUE ES FÁCILMENTE AMPLIABLE

Cuello de botella

Colector solar cilíndrico parabólico

ALTERNATIVAS PARA REDUCIR EL CONSUMO DE VAPOR

150-225 m3

Aguas residuales

Podría reducir el consumo de vapor

en un 62,5 %

9 m3/ciclo ADAPTABLE A PEQUEÑAS EDARs

(1350 h.e.)

CONSUMOS DEL PROCESO FERMENTATIVO

• Sin consumo externo de agua para enfriamiento (circuito cerrado)

• Consumo eléctrico elevado (485 KW)

VOLUMEN DE PRODUCTO

FERMENTADO

4,5 m3/ciclo

• Sin consumo de bases

AUNQUE ES FÁCILMENTE AMPLIABLE

Cuello de botella

2. OPTIMIZACIÓN DEL PROCESO FERMENTATIVO8. CONCLUSIONES

• Las tecnologías enzimáticas y fermentativas son una vía de gestión de lodos prometedora

- Se ha diseñado y escalado una unidad demostrativa de fermentación/hidrólisisenzimática de lodos

• Los productos obtenidos a partir de estos lodos han demostrado tener capacidadbioestimulante (en suelo y en planta) y potencial en biorremediación

- La fracción soluble (MO hidrolizada y secreción de Bacillus) ha mostrado ser la principalresponsable de esta estimulación; favorece posibles PGPR en el suelo.

- Respecto al uso de estos productos como inoculante edafológico de Bacillus se hademostrado que el microorganismo permanece en el suelo, donde va a desarrollar suactividad PGPR de forma prolongada

• Es necesario flexibilizar la legislación para que las empresas del sector biotecnológico apuestenpor estas tecnologías aplicadas a la conversión de lodos de depuradora en productosbioestimulantes. Esto tendría gran repercusión sobre la gestión de los lodos de depuradoraproducidos

6. CONCLUSIONES

¡MUCHAS GRACIAS

POR SU ATENCIÓN!

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