El alto contenido de agua en los lodos aumenta los costos del tratamiento posterior, así como los riesgos ambientales. Se propuso un proceso innovador de baja temperatura combinado con poliacrilamida (PAM) en condiciones casi neutras (calor-PAM) para mejorar el deshidratado de lodos de manera simple y práctica. A un pH de 6.0 y una temperatura de 85°C, con una dosis de PAM de 10.0 mg/g de sólido seco (DS), el contenido de agua y el tiempo de succión capilar (CST) del lodo tratado disminuyeron del 76.8 % y 27.5 s a 68.9 % y 16.6 s, respectivamente. El pH casi neutro es propicio para una mayor utilización de recursos del lodo. Este tratamiento calor-PAM permitió la transformación de la fracción hidrofílica dentro de las sustancias poliméricas extracelulares fuertemente unidas (TB-EPS) a EPS solubles (S-EPS), la lisis de las células del lodo y la liberación de agua unida. El contenido de agua unida se redujo de 2.4 g/g DS a 0.8 g/g DS. Además, las caracterizaciones moleculares de EPS mediante espectrometría de fotoelectrones de rayos X (XPS) aclararon la descomposición de grupos funcionales hidrofílicos por el tratamiento calor-PAM. El potencial zeta y el tamaño de partícula indicaron que la PAM causó una re-floculación. Los cambios en la distribución de la comunidad microbiana dentro del lodo tratado resultaron en una disminución de la proporción de ciertos genes de resistencia a antibióticos (ARGs). Mientras tanto, los contenidos de metales pesados típicos (Cr, Cu, Zn) en el lodo acondicionado disminuyeron significativamente. Este estudio presenta una tecnología simple y efectiva para mejorar el deshidratado de lodos y eliminar contaminantes del lodo.

El lodo activado residual es un subproducto del tratamiento de aguas residuales con un contenido de agua extremadamente alto (generalmente > 99 %), lo que limita su tratamiento y disposición posteriores [1], [2]. El costo del tratamiento de lodos representa una parte sustancial de los gastos generales de las plantas de tratamiento de aguas residuales (WWTPs) [3]. Se sabe que el lodo contiene muchas sustancias nocivas, como metales pesados y genes de resistencia a antibióticos (ARGs) [4], [5]. El contenido de antibióticos en el lodo de aguas residuales varía considerablemente, oscilando entre μg/kg y mg/kg [4]. Estos representan una amenaza potencial para la salud humana y limitan en gran medida la utilización de recursos del lodo residual. Por lo tanto, es necesario eliminar estas sustancias nocivas durante el deshidratado del lodo.

Las sustancias poliméricas extracelulares (EPS) son polímeros hidrofílicos cargados negativamente que se encuentran en los lodos y determinan el rendimiento de deshidratación del lodo [3]. Las EPS están compuestas principalmente de proteínas (PN) y polisacáridos (PS), además de sustancias húmicas y ácidos nucleicos [6]. Según el grado de unión celular, las EPS se pueden clasificar como EPS solubles (S-EPS), EPS débilmente unidas (LB-EPS) y EPS fuertemente unidas (TB-EPS) [7], [8]. La hidrofobicidad de las EPS les permite unirse a grandes cantidades de agua, mientras que la electronegatividad de las EPS permite la dispersión estable del lodo en sistemas de aguas residuales [9]. La estructura suelta del flóculo de lodo dificulta la descarga del agua adherida, lo que resulta en un mayor contenido de agua en el lodo. Por lo tanto, el lodo generalmente se pretrata antes de la deshidratación para lograr un mejor rendimiento de deshidratación [10].

La temperatura es un factor principal que afecta el rendimiento del deshidratado de lodos. Los estudios han demostrado que las mejoras significativas en la capacidad de deshidratado de lodos solo se observan cuando las temperaturas superan los 180 °C [11]. Sin embargo, el tratamiento a alta temperatura libera materia orgánica del lodo al filtrado. Esto no solo reduce el valor de utilización del pastel de lodo deshidratado, sino que también resulta en concentraciones extremadamente altas de demanda química de oxígeno soluble (SCOD) y nitrógeno amoniacal en el filtrado. En consecuencia, el proceso de tratamiento posterior se vuelve más complejo [12]. Además, los altos requisitos de equipo y el alto consumo de energía aumentan el costo de procesamiento [12], [13]. Por lo tanto, es necesario desarrollar tecnología de tratamiento de lodos a baja temperatura para reducir costos. El tratamiento térmico a baja temperatura puede romper la estructura de los flóculos de lodo y descomponer EPS. Sin embargo, puede aumentar el área superficial del lodo, deteriorando así la deshidratabilidad del lodo [9]. Estudios anteriores han explorado la combinación de bajas temperaturas y oxidantes para mejorar sinérgicamente el rendimiento del deshidratado de lodos. Se ha informado que el persulfato de sodio puede reducir el contenido de agua del lodo en un 12.2 % a 80 °C [14]. El peróxido de calcio combinado con baja temperatura puede reducir el contenido de agua del 79.9 % al 69.2 % en condiciones ácidas [9]. Sin embargo, existen riesgos potenciales asociados con el almacenamiento y uso de oxidantes, y un manejo inadecuado de los mismos puede causar daños significativos a la salud humana y al medio ambiente. Además, la activación de oxidantes generalmente requiere condiciones ácidas o implica compuestos inherentemente ácidos, lo que resulta en un filtrado altamente ácido después del tratamiento. Este filtrado ácido no solo causa peligros de corrosión para el equipo de tratamiento, sino que también requiere dosificación de álcali para la neutralización, aumentando así los costos de tratamiento aguas abajo. Por lo tanto, cómo mejorar el deshidratado de lodos mediante tratamiento a baja temperatura sin el uso de oxidantes merece atención.

Los floculantes catiónicos pueden eliminar la repulsión electrostática entre las partículas de lodo y destruir el sistema de suspensión del lodo, mejorando así el deshidratado del lodo [3]. El poliacrilamida (PAM), un floculante catiónico de uso común, se aplica ampliamente en las plantas de tratamiento de aguas residuales (WWTP) debido a su bajo costo y fuerte floculación [15]. Durante el proceso de floculación del lodo, el PAM actúa como un puente de conexión entre los flóculos de lodo pequeños y grandes a través de la neutralización de carga y el puenteo, aumentando así la tasa de filtración del lodo [16], [17]. Sin embargo, si solo se utiliza PAM, la estructura de EPS no se destruirá y el agua unida permanecerá en el lodo, lo que resulta en un contenido de agua persistentemente alto [18].

La combinación de PAM y baja temperatura puede compensar las deficiencias del tratamiento a baja temperatura y PAM en el fortalecimiento del deshidratado de lodos. La tecnología combinada también evita el uso de oxidantes, minimizando así los riesgos ambientales asociados con el uso de productos químicos. Además, el tratamiento térmico puede destruir las células de lodo y cambiar la estructura de la comunidad microbiana, lo que tiene el potencial de eliminar ARGs del lodo [11]. Sin embargo, sigue existiendo una brecha de investigación en la eliminación de ARGs mediante tratamiento térmico combinado con PAM en el proceso de deshidratado mejorado de lodos.

Este estudio tiene como objetivo explorar la posible mejora en el deshidratado de lodos utilizando PAM combinado a baja temperatura en condiciones casi neutras (calor-PAM). Se emplearon el tiempo de succión capilar (CST) y el contenido de agua como parámetros para evaluar el rendimiento de deshidratado. Los objetivos principales de este estudio son los siguientes: (1) investigar el efecto del proceso calor-PAM en la deshidratabilidad de los lodos; (2) evaluar las variaciones en los contenidos de metales pesados típicos y la abundancia relativa de algunos ARGs en los lodos después del acondicionamiento combinado; (3) explorar los mecanismos relevantes para mejorar el rendimiento de deshidratado de los lodos y evaluar las alteraciones en la estructura de la comunidad microbiana para revelar los mecanismos potenciales para eliminar ARGs de los lodos.