Producción de biochar a partir de lodos residuales utilizando energía térmica solar

Abstract

RESUMEN: Los lodos residuales son sólidos producidos durante el tratamiento de las aguas residuales y su disposición segura representa actualmente un severo problema debido a su contenido de patógenos y sustancias tóxicas. El tratamiento por pirólisis de lodos residuales, usando energía térmica solar, se plantea en esta investigación como una alternativa para su uso sustentable en agricultura. Los objetivos específicos del trabajo fueron: diseñar y construir un prototipo para realizar pirólisis que funcione con energía solar térmica; caracterizar las propiedades físico-químicas del Biochar generado y analizar la factibilidad de su uso como mejorador de suelos agrícolas. El sistema de pirólisis diseñado constó de un reactor ANSI 310, con un volumen de 0.001 m3, sistema intercambiador de calor a base de cobre; un sistema de captación solar con espejos reflectores, espejo colector y el tubo absorbente y el fluido de trabajo (¿aceite?). Los lodos residuales se obtuvieron de la PTAR Atapaneo de Morelia, Michoacán y se sometieron a tratamientos de pirólisis (0.5 a 4 horas, 280 a 355oC) en el reactor. El Biochar obtenido se analizó para elementos totales (C, N, O, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Fe, Ti, Mn, Cu, Zn), pH, CE, M.O., densidad aparente (Dap), porosidad, humedad, Fe, Cu, Mn y Zn disponibles (DTPA y EDTA). El Biochar generado presentó altos porcentajes de C, N y O y bajo grado de aromatización. Los contenidos de Mg, Na, K, P, S, Cl, Al, Si y Mn totales aumentaron significativamente con los tratamientos de pirólisis mientras que Ca, Ti, Fe, Cu y Zn no fueron significativos. La CE, M.O. y humedad disminuyeron significativamente con los tratamientos, en tanto que el pH, la Dap y la porosidad no fueron afectadas. El Cu, Mn, Zn y Fe disponibles disminuyeron con los tratamientos de pirólisis, siendo el Cu el elemento más afectado. El Biochar obtenido puede ser adecuado como mejorador de suelos por su baja salinidad (CE), pH neutro, alto contenido de N total y M.O. La disminución del Cu, Fe, Mn, Zn disponibles con los tratamientos de pirólisis indica que el Biochar generado retiene fuertemente estos metales y contribuye a disminuir su movilidad en los suelos donde potencialmente se aplique. Es conveniente, sin embargo, realizar estudios más detallados sobre el comportamiento de este Biochar en los suelos donde es factible su utilización como mejorador. Palabras clave: Lodos residuales, Biochar, retención de metales, mejorador agrícola. ABSTRACT: Sewages sludge’s are solids produced during wastewater treatment and safe disposal represents a severe problem because of its content of pathogens and toxic substances. Treatment by pyrolysis of sewage sludge using solar thermal energy is proposed in this research as an alternative for sustainable use in agriculture. The specific objectives were: to design and build a prototype for pyrolysis work with solar thermal energy; characterize the physicochemical properties of Biochar generated and analyze the feasibility of its use as an agricultural soil improver. The pyrolysis system designed consisted of a 310 ANSI reactor with a volume of 0.001 m3, heat exchanger system based on copper; a system of solar collector with reflector mirrors, mirror collector and the absorber tube and the working fluid (oil?). The sludge is obtained from the Atapaneo WWTP Morelia, Michoacán and underwent treatments pyrolysis (0.5 to 4 hours, 280 to 355oC) in the reactor. Biochar obtained was analyzed for total elements (C, N, O, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Fe, Ti, Mn, Cu, Zn), pH, EC, OM, bulk density, porosity, moisture, Fe, Cu, Mn and Zn available (DTPA and EDTA). The Biochar generated showed high percentages of C, N and O and low degree of aromatization. The contents of total Mg, Na, K, P, S, Cl, Al, Si and Mn increased significantly with pyrolysis treatments, while Ca, Ti, Fe, Cu and Zn were not significant. EC OM and humidity significantly decreased with pyrolysis treatments, while pH, Dap and porosity were unaffected. The Cu, Mn, Zn and Fe available decreased with pyrolysis treatments; Cu was the most affected element. The Biochar obtained may be suitable as a soil improver due to it is low salinity (EC), neutral pH, high total N and M. O. The decrease of Cu, Fe, Mn, Zn available with pyrolysis treatments indicates that the generated Biochar strongly retains these metals and helping to decrease their mobility in soils where potentially it is applies. It is convenient, however, to realize more detailed studies on the behavior of this Biochar in soils where its use as a builder is feasible. Keywords: Sewage sludge, Biochar, retention metals, agricultural improver.