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Tratamiento enzimático de lodos: valorizando un residuo

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Sobre el blog

Juan José Salas
MÉDICO DEL AGUA y DOCTOR EN QUÍMICA. Director de Servicios Tecnológicos de la Fundación CENTA. 36 años de experiencia en el tratamiento de las aguas residuales, especialmente de los vertidos generados en las pequeñas aglomeraciones urbanas.
Sofrel
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De acuerdo con el Registro Nacional de Lodos, anualmente se generan en España 1.2000.000 toneladas (expresadas como materia seca), de lodos de depuradora.

La lista europea de residuos, establecida por la Decisión 2000/532/CE (modificada por la Decisión 2001/118/CE) y traspuesta a nuestro ordenamiento jurídico por la Orden MAM 304/2002, recoge en la categoría 19 a los lodos del tratamiento de aguas residuales urbanas con contenidos en metales pesados inferiores a los establecidos en el Real Decreto 1310/1990.

El Plan Estatal Marco de Residuos (PEMAR, 2016-2022), establece como objetivos cuantitativos a alcanzar en el año 2020: la valoración material (en los suelos u otro tipo de valorización) de al menos el 85% de los lodos de depuradora, destinando el 15% restante a incineración/coincineración y eliminación en vertedero (la eliminación en vertedero será del 7% como máximo).

El PEMAR se inspira en los principios de la Economía Circular, que promueve que se reincorporen al proceso productivo una y otra vez los materiales que contienen los residuos para la producción de nuevos productos o materias primas.

Hoy vamos a hablar de la valorización de los lodos de depuradora mediante la aplicación de tratamientos enzimáticos. Para ello, el Médico del Agua ha contactado con un viejo amigo, el Dr. Juan Parrado, Catedrático del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular de la Universidad de Sevilla, que ha desarrollado la casi totalidad de su actividad investigadora en el área de tecnología de los procesos bioquímicos.

Médico del Agua (MdA).- Juan, ¿cuáles son los fundamentos de los tratamientos enzimáticos?

Juan Parrado (JP).- Cualquier tratamiento enzimático consiste en emplear una herramienta biológica/bioquímica, las enzimas, para catalizar una o varias reacciones específicas. Las enzimas son, en su inmensa mayoría, proteínas producidas por los seres vivos (bacterias, hongos, plantas, y los propios seres humanos), que llevan a cabo todas aquellas reacciones necesarias para que la vida, en sí misma, se dé.

Cualquier tratamiento enzimático consiste en emplear una herramienta biológica/bioquímica, las enzimas, para catalizar una o varias reacciones específicas

Desde mediados del siglo XX se ha extendido el uso de las enzimas a nivel industrial, médico y medioambiental, para lo cual, y en muchos casos, las enzimas son aisladas de su fuente para poder utilizarlas de forma más específica y controlada.

Uno de los grupos más importantes de enzimas son las hidrolasas, que catalizan reacciones de ruptura de infinidad de sustratos. Estas hidrolasas "digieren" sustratos complejos, como pueden ser proteínas, polisacáridos, lípidos, etc., para dar lugar a sus componentes básicos (aminoácidos, monosacáridos, ácidos grasos, etc.).

Para que todas estas reacciones tengan lugar es necesario, que tanto las enzimas como los sustratos, sobre los cuales se van a emplear, se encuentren en unas determinadas condiciones, normalmente específicas para cada enzima y sustrato, como son temperatura, pH, fuerza iónica, iones presentes, contenido en agua, etc.

MdA.- ¿Qué objetivos se persiguen cuando se aplica un tratamiento enzimático a un residuo?

JP.- Cuando aplicamos las enzimas a un residuo nuestro objetivo final es la conversión, o digestión, de alguno de sus componentes orgánicos en sus unidades básicas, lo cual conlleva a su vez la solubilización de este residuo. Gracias a esta solubilización podemos separarlo del resto de componentes, que normalmente son insolubles, de forma que realmente estaríamos extrayendo ese componente del residuo. Al solubilizar la materia orgánica, la hacemos disponible para que pueda ser empleada por los seres vivos en su crecimiento o funcionamiento.

Un segundo efecto de esta digestión es que los componentes básicos constituyentes de la materia orgánica (aminoácidos, monosacáridos, ácidos grasos, etc.), son mucho más útiles para los organismos que las biomoléculas complejas de los que proceden. El resultado final es un aumento drástico de la biodisponibilidad de ese componente, o componentes, de la materia orgánica.

MdA.- ¿Qué tipos de residuos tratas y qué productos obtienes de esos tratamientos?

JP.- En general, tratamos residuos de la industria agroalimentaria y más específicamente residuos orgánicos, ya sean restos vegetales, animales, de hongos, biomasa bacteriana, levaduras, etc. Todos estos residuos tienen en común un alto contenido de materia orgánica y algún componente de interés en particular, como pueden ser proteínas (fuente de nitrógeno), fitohormonas, fósforo orgánico, etc. El objetivo es la extracción y aumento de la biodisponibilidad de esos componentes.

Con este tipo de tratamiento se obtienen los denominados biofertilizantes y/o bioestimulantes, que son productos caracterizados por una total solubilidad, en formato generalmente de sirope (miel), y que pueden funcionar como nutrientes de plantas, microorganismos, etc., (biofertilizante), o bien actuar estimulando el crecimiento o alguna función de los seres vivos, como puede ser la floración en plantas, la degradación de compuestos xenobióticos, la resistencia a diversos tipos de estrés, etc., (bioestimulante).

MdA.- En el caso de los lodos de depuradoras, ¿cuáles son las posibilidades de los tratamientos enzimáticos?

JP.- Los lodos de depuradora están constituidos principalmente por biomasa bacteriana, que es rica en las principales biomoléculas orgánicas, es decir, proteínas, carbohidratos, lípidos, etc. Mediante el tratamiento enzimático, y empleando las enzimas adecuadas, podemos extraer el componente específico en el que estemos interesados, o bien una mezcla de ellos, con vista a una aplicación dirigida.

Por ejemplo, podemos extraer el componente proteico en forma de péptidos y aminoácidos, que es una fuente de nitrógeno orgánico, que puede ser usada en fertilización agronómica, o para estimular la degradación de compuestos tóxicos en suelos.

Si se extrae el fósforo, éste se puede emplear para favorecer la floración de plantas, los carbohidratos para enmendar suelos pobres en materia orgánica, etc. Además, se pueden combinar las enzimas, a fin de obtener productos más complejos y con mayores capacidades, lo cual amplía el abanico de aplicaciones prácticamente hasta el infinito.

MdA.- En este campo en concreto, ¿cuáles son tus actividades actuales?

JP.- Actualmente estamos trabajando junto con la Fundación CENTA y otros socios nacionales e internacionales en un proyecto europeo, destinado a la reutilización total de los lodos de depuradora, para obtener diversos productos de interés comercial y todo ello a un bajo coste.

También, con la Fundación CENTA estamos implicados en otros proyectos para emplear los lodos como materia prima para la obtención de enzimas, que se emplearán en diversos campos, como la depuración de aguas, la biodegradación de compuestos xenobióticos, en agronomía, etc. Por otra parte, continuamos trabajando en las aplicaciones directas de los lodos de depuradora tratados enzimáticamente como biofertilizante/bioestimulante agronómico y edáfico.

MdA.- ¿Qué aplicaciones tendrían los productos obtenidos del tratamiento enzimatico de lodos?

JP.- La aplicación más directa, e inmediata, de los extractos enzimáticos obtenidos de los lodos de depuradora sería la biofertilización/bioestimulación agronómica, ya que este producto es rico en péptidos (proteínas rotas) de pequeño tamaño y aminoácidos libres, que son compuestos muy demandados por el sector agrario, ya que tienen capacidad fertilizante (fuente de nitrógeno orgánico de alta disponibilidad), aumentando la resistencia de las plantas al estrés (hídrico, salino, etc.) y a las enfermedades.

La aplicación más directa, e inmediata, de los extractos enzimáticos obtenidos de los lodos de depuradora sería la biofertilización/bioestimulación agronómica

Este tipo de productos tiene un alto consumo y en la agricultura y su uso va en aumento debido a sus beneficios, así como a la posibilidad de emplearse en agricultura ecológica

Otra aplicación en la que actualmente se está trabajando es en la biorremediación de plaguicidas en suelos, empleando estos productos, que actúan como bioestimulantes microbianos, lo que favorece la eliminación de estos compuestos tóxicos.

MdA.- ¿Hacia dónde caminan este tipo de tratamientos?

JP.- Este tipo de tratamientos posee una serie de ventajas sobre otros destinados a obtener productos de características similares. Por ejemplo, los tratamientos convencionales de extracción de biomoléculas conllevan normalmente el empleo de solventes orgánicos y/o compuestos químicos nocivos, de los cuales pueden quedar trazas en el producto final, además de unas condiciones físicas que suponen un gasto energético considerable.

Por otro lado, los procesos de digestión o hidrólisis tradicionales emplean altas temperaturas y presiones, pH extremos y grandes cantidades de reactivos muy agresivos, todo lo cual supone un gasto energético y de reactivos al mismo tiempo que se devalúan algunas características del producto. Sin embargo, en el tratamiento enzimático se emplean condiciones mucho más suaves y no se usan reactivos peligrosos, lo cual, además del ahorro económico se obtiene un producto con todas sus propiedades intactas. Y no solo eso, sino que cada día se investigan y se desarrollan nuevas enzimas con más capacidad de trabajo y en condiciones más variadas para poder adaptarse a un mayor número de sustratos.

Todo ello, junto con la reducción de costes (principalmente de enzimas), hará que estos tratamientos "no convencionales" se vayan imponiendo poco a poco.

MdA.- Pues nada más, solo nos queda agradecer la amabilidad del Dr. Parrado, que como habrán podido comprobar, es capaz de meterle el diente (enzimáticamente hablando), a cualquier residuo que se le ponga por delante.

P.D. Estimado lector, si le resultó interesante la entrevista, tanto el Doctor Parrado, como el Médico del Agua, agradeceríamos que pinchase en el corazón azul que aparece junto a la imagen de cabecera. Y si es usted Usuario Verificado ¡pues ni le cuento!

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