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Editorial
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Principales tratamientos biológicos de aguas residuales
JUNIO DE 2013
Por Rosanny China
Por Indamar Brito, Eduardo Mata
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Origen de los lodos
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Características de los lodos
Por Miguel Tenorio, Alfredo Barroso
Por Eduardo Mata
Universidad Nororiental Privada “GRAN MARISCAL de AYACUCHO”
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Tratamiento de los lodos
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Uso sustentable de los lodos
Por Carlos Marcano, Francisco Tamoy
Por Gabriela Freitez
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TRADUCTORES Gabriela Freitez,
JUNIO DE 2013 EDUARDO MATA Editor en jefe GABRIELA FREITEZ
Directora general editorial
Miguel Tenorio
Director ejecutivo EDITORIAL Rosanny China Coordinadora editorial Gabriela Freitez Jefa de información Francisco Tamoy Jefe de redacción Carlos Marcano Coordinador de traducciones ARTE Eduardo Mata Coordinador de Diseñador
arte
PRODUCCIÓN Miguel Tenorio Director de producción internacional Francisco Tamoy Director de producción Venezuela I ndamar Brito Jefa de Producción Venezuela ASESORES Cecilia Marcano Ingeniero Químico Profesora Química
Ambiental
Alfredo
Barroso
ÁREA COMERCIAL I ndamar Brito Directora de Ventas de Publicidad USA Gabriela Freitez Directora de Ventas de España Rosanny China Directora de Ventas de Publicidad Argentina Carlos Marcano Director de Ventas de Publicidad Chile Miguel Tenorio Directora de Ventas de Publicidad Puerto Rico Francisco Tamoy Gerente Comercial Venezuela FINANZAS I ndamar Brito Directora de Administración y Finanzas Internacional Alfredo Barroso Gerente de Administración y Operaciones Zona Sur MARKETING, PROMOCIONES Y SERVICIOS CREATIVOS Eduardo Mata Gerente de Inteligencia de Mercados Zona Norte Alfredo Barroso Gerente de Promociones Zona
Sur
CIRCULACIÓN Rosanny China Directora Punto de Venta Norte I ndamar Brito Directora de Suscripciones Zona Norte Carlos Marcano Gerente de Suscripciones Zona Norte Alfredo Barroso Gerente de Circulación Venezuela
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En el tratamiento de las aguas residuales y de proceso en general suele provocar lodos, estos pueden ser de tipo biológico o físico-químico principalmente, y deben ser tratados para eliminarlos del agua tratada, minimizar la producción de los mismos y mejorar los costes de explotación de la planta. digerirlos.
El tratamiento de lodos integra sistemas de adecuación y deshidratación de lodos, con el fin de que los lodos retirados tengan el menor contenido posible de agua para su mejor gestión. El tratamiento de las aguas residuales por métodos biológicos/químicos, reduce los contaminantes existentes en dichas aguas. Estos contaminantes permanecen en los lodos que se generan al final del proceso. La capa superior de los lodos se compone generalmente de aceites y otras grasas, mientras que la capa inferior contiene sólidos pesados como la materia fecal humana o animal. Los lodos crudos, a continuación, deben ser espesados y removidos del tanque antes de que las bacterias sean capaces de digerirlos.
Los lodos son de gran importancia ya que pueden ser utilizados como fertilizantes mediante un proceso estricto de limpieza y depuración y también interviene de manera principal en el tratamiento de aguas negras que está basado en proporcionar un contacto íntimo entre las aguas negras y lodos biológicamente activos. Los sistemas de lodo intervienen mecánicamente para eliminar los sólidos y sedimentos destructivos de su barro, lo que resulta en la retención de líquidos, reducir el desgaste en el equipo, la agitación de barro más eficiente, el mantenimiento de limpieza eficiente, y un ambiente de trabajo más seguro.
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Las aguas residuales procedentes de la ciudad acaban desembocando en ríos, en lagos o en el mar. Estas aguas transportan una gran cantidad de sustancias tóxicas, por esto deben ser sometida a depuración para evitar el riesgo de contaminación.
La depuración del agua se realiza en estaciones o plantas depuradoras especiales y se utilizan diversas técnicas y procedimientos según el nivel los tipos de contaminantes que contiene el agua residual, la cual consta de tres fases: primaria, secundaria y terciaria, estas fases involucran estrechamente una combinación a la vez de procesos físicos, químicos y biológicos. La primera fase se realiza procesos físicos con rejillas o filtros que retiren los residuos sólidos. La arena que posee la rejilla impide el paso de las partículas mayores, vertidas en el agua. La segunda utiliza procesos biológicos que consisten en la eliminación de la materia orgánica que se encuentran en las aguas residuales. Para ello se crean condiciones favorables para el crecimiento de los microorganismos (necesita gran cantidad de
oxígeno) que, al alimentarse de materia orgánica, pueden descomponerla. Mediante procedimientos químicos algunas sustancias contaminantes del agua se coagulan por la acción de determinados productos. De esta forma los coágulos pueden eliminarse a través de los filtros de arena y de rejillas, siento esta la última fase. El resultado de esta purificación se vuelve a colocar en un cuerpo de agua, bien sea al mar, ríos o lagos usualmente por un emisario submarino, el cual es una conducción de gran longitud que lleva la aguas residuales. Si el agua residual no contiene tóxicos, la capacidad autodepuradora del mar puede reciclar los materiales contaminantes.
03 Los tratamientos biológicos son los más habituales e importantes en las plantas de tratamientos, no sólo para tratar las aguas urbanas si no también las industriales. La parte fundamental de los tratamientos biológicos es el proceso que realizan los microorganismos, quienes son los principales consumidores de materia orgánica y de nutrientes como nitratos y fosfatos, los cuales son tomados como fuente de energía para su crecimiento. Dependiendo de cuál sea el contaminante que se desea remover, los microorganismos bien sea aerobios (necesitan de oxígeno) o anaerobios (no necesitan oxígeno) y anóxicos (elemento inerte, para la eliminación biológica de los nitratos) se distribuyen los procesos del tratamiento. Entre los principales procesos aerobios de una planta de tratamiento biológica están:
Consiste en colocar en contacto el agua residual con “grumos” de materia orgánica (flóculos), previamente formados, en un medio aerobio donde la materia orgánica se degrada por las bacterias presentes, luego se realiza una sedimentación para separar los flóculos.
Principales tratamientos biológicos de aguas residuales Algo importante que se debe tomar en cuenta es el suministro de oxígeno para mantener la vida de los microorganismos ya que la solubilidad del oxígeno en el agua es muy pequeña, se debe utilizar aireadores superficiales. La relación entre la carga orgánica y la cantidad de microorganismos en el sistema también es importante para poder mantener el equilibrio en los procesos.
Aireador superficial de alta rotación para aguas residuales.
El aireador superficial de alta rotación es de tipo rápido fluctuante, para aplicación en el tratamiento de afluentes industriales y domésticos: tanques de aireación, lagunas aireadas, lodo activado, tanques de homogeneización, entre otros.
Aireador superficial de baja rotación para aguas residuales.
Diagrama del proceso de lodos activados.
La aireación prolongada de fangos activados trabaja con una intensidad de carga más pequeña consiguiendo una mayor degradación de la materia orgánica generando una pequeña cantidad de fangos; además suele ser utilizado para eliminar compuestos con nitrógeno simultáneamente con materia orgánica.
La capacidad del aireador superficial de entregar buena circulación y mezcla es un atributo esencial que hace posible no sólo transferir el oxígeno de la atmósfera hacia el líquido sino también proporcionar una rápida e íntima mezcla de los microorganismos con el líquido oxigenado, manteniéndolos en suspensión.
04 Principales tratamientos biológicos de aguas residuales Los reactores biológicos secuenciales (SBR) son reactores discontinuos en los que el agua residual se mezcla con un lodo biológico en un medio aireado. El proceso combina en un mismo tanque reacción, aireación y clarificación. El empleo de un único tanque reduce sustancialmente la inversión necesaria. Otras ventajas de los SBR son la facilidad para el control de la operación, la buena flexibilidad ante fluctuaciones de caudal y concentración de las aguas residuales, y los buenos resultados obtenidos en el tratamiento de compuestos refractarios a los sistemas biológicos convencionales.
Dentro de los sistemas de depuración biológica, los reactores secuenciales de flujo discontinuo, en ingles sequencing batch reactors (SBR), son cada vez más utilizados en el tratamiento y depuración de aguas residuales industriales. Un reactor discontinuo secuencial es un sistema de crecimiento suspendido en el que el agua residual se mezcla con un lodo biológico existente en un medio aireado. Es el único proceso biológico en el que se combina en un mismo tanque el proceso de reacción, aeración y clarificación. El sistema SBR consta, generalmente, de seis procesos cíclicos: llenado, mezcla, aireación, sedimentación, vaciado y fase inactiva o de reposo,
Reactores biológicos secuenciales (SRB)-
Las aguas residuales industriales tienen entre sus características habituales la presencia de contaminantes orgánicos resistentes a la degradación por vía química y tóxicos para el desarrollo de la actividad de los microorganismos en tratamientos biológicos convencionales.
Diagrama de los seis procesos cíclicos que ocurren en un SRB.
Interior de un reactores biológico secuencial (SRB)-
Consiste favorecer el crecimiento de los microorganismos en la superficie de sólidos, evitando los problemas en la sedimentación y recirculación pero
05 sin olvidar que es importante el aporte de oxígeno. En estos sistemas aerobios de biomasa se destacan los filtros biológicos, qué consiste en la serie de lechos fijos constituido por rocas o piedras plástica o cerámica, de formas especiales para desarrollar una superficie, en la cual crece una fina capa de biomasa de la que se dispersa el agua residual a tratar; y los biodiscos, qué consiste en una serie de placas o discos, donde en su superficie crece la biopelícula (capa de microorganismos) que sucesivamente se moja y entra en contacto con el aire produciéndose la degradación de la materia orgánica.
Principales tratamientos biológicos de aguas residuales
Reactor de biodiscos (discos rotativos).
Esquema de un biofiltro simple.
En el desarrollo de un proceso biológico que involucre biodiscos interviene, generalmente, un decantador lamelar o laminar, el cual tiene como función separar los elementos semipesados y pesados en suspensión (arenas, arcillas, limos), que lleva el agua y que perjudican el tratamiento posterior, generando depósitos en las conducciones hidráulicas, tuberías y canales, abrasión en rodetes de bombas y equipos.
Diagrama de un tratamiento biológico en donde intervienen biodiscos (discos rotativos) y un decantador lamelar.
Esquema de un reactor de biodiscos (discos rotativos).
Los decantadores laminares pueden tratar caudales mayores en un área y estructura menor de la que requieren los decantadores convencionales y su eficiencia es superior. Comparándolos con las unidades de contacto de sólidos o decantadores de manto de lodos, que también son de alta tasa, no requieren energía eléctrica para su operación. Por todas estas ventajas, esta unidad es considerada como tecnología apropiada para países en desarrollo y para todo programa de mejoramiento de la calidad del agua que tenga como meta conseguir la mejor calidad al menor costo de producción; esto es, para la sostenibilidad de los proyectos.
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Decantador lamelar.
Los fangos producidos en biodiscos decantan con más rapidez que los fangos activos de un proceso de aireación, por lo que es posible utilizar velocidades ascensionales mayores, que se traduce en decantadores de menos superficie. Como la decantación de estos flóculos es una decantación discreta, se utiliza un decantador lamelar, más el tamaño de la
que reduce todavía decantación. Otra de las ventajas de este sistema es que se consigue depurar efluentes en aproximadamente un tiempo de residencia de 1 hora, mientras que en sistemas de aireación prolongada se necesita un tiempo de residencia de 1 día. En un reactor de biodiscos se pueden encontrar millones de microorganismos empaquetados en los discos, alcanzando una concentración efectiva 20 veces mayor que en la aireación prolongada. Los tiempos de retención pequeños en la etapa biológica, junto a la buena decantabilidad del fango, permitieron que apareciera en el mercado equipos compactos que contenían el reactor de biodiscos, junto al decantador lamelar.
Principales tratamientos biológicos de aguas residuales Los procesos anaerobios de una planta son utilizados cuando existe una alta carga orgánica, se caracteriza por la producción del denominado biogás, el cual puede ser utilizado como combustible para la generación de energía térmica y/o eléctrica; siendo también una mejor opción frente al que sería un costoso tratamiento aerobio. Una cuestión negativa de su proceso es la lentitud que obliga a trabajar con altos tiempo de resistencias, por lo que es necesario trabajar con altas concentraciones de microorganismos. En este proceso intervienen diferentes grupos de bacterias anaerobias, donde en cada etapa es llevada a cabo un grupo distinto de bacterias.
Laguna anaerobia.
Biomasa adherida a biodisco.
Una laguna anaeróbica o laguna anaerobia es un bioreactor (reactor biológico) que combina la sedimentación de sólidos y su acumulación en el fondo, con la flotación de materiales del agua residual en la superficie y con biomasa activa suspendida en el agua residual o adherida a los lodos sedimentados y a la nata flotante. Una laguna anaerobia puede considerarse un proceso anaerobio a tasa baja en el cual la materia
07 orgánica es estabilizada mediante su transformación en dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4) principalmente. Generalmente las lagunas anaerobias son abiertas a la atmósfera, pero pueden también estar cubiertas para recoger el metano producido o para controlar la emisión de olores. Aunque existe una transferencia atmosférica de oxígeno en la capa superior de una laguna anaerobia abierta la laguna recibe cargas orgánicas altas que hacen que su contenido sea anaerobio y que no exista crecimiento de algas que produzcan oxígeno. Los gases producidos en la descomposición anaerobia tienen una acción mínima de mezcla: la laguna anaerobia permite, por lo tanto, obtener la sedimentación de los sólidos sedimentables del afluente y la acumulación de material flotante. Tanto el lodo asentado como el material flotante proveen área superficial para el crecimiento microbiano, con el incremento obvio de la edad de lodos sobre el tiempo de retención hidráulica. La primera etapa de un proceso anaerobio es la hidrólisis, donde hay una ruptura de las moléculas grandes para poder transportarlas dentro de la célula y ser metabolizadas; luego la etapa de la formación de ácidos (acidogénesis) y acetato (acetogénesis), los productos finales de la hidrólisis son transformados en ácidos orgánicos de cadena corta; continuando con la metalogénesis, ocurre la formación del metano siendo este el último producto de la digestión anaerobia.
Esquema del proceso de digestión anaerobia de la materia orgánica.
Principales tratamientos biológicos de aguas residuales
Esquema de aplicaciones y productos del proceso de digestión anaerobia.
En los tratamientos biológicos de compuestos con nitrógenos, estos componentes sufren una serie de transformaciones como consecuencia de la acción de distintos organismo, como bacterias autótrofas las cuales llevan a cabo la nitrificación, bacterias desnitrificantes las cuales llevan a cabo la eliminación de NO3. Este proceso conoce como nitrificacióndesnitrificación, donde hay dos reactores que llevan a cabo la eliminación de los compuestos con nitrógeno, donde el primer reactor es aerobio seguido de otro con condiciones anóxicas (indican la ausencia de oxígeno puro y en presencia de nitratros). También es muy común, tanto la presencia de materia orgánica como materia nitrogenada y lo más ideal es la eliminación conjunta de ambos contaminantes, ya no que no se podría realizar los procesos antes mencionados en los dos reactores, ya
08 que el primer reactor de nitrificación la materia orgánica inactivaría las bacterias nitrificantes y en el segundo se necesitaría materia orgánica; en este caso es necesario iniciar el proceso con un reactor anóxico donde la materia orgánica del agua residual actúa como fuente de carbono pero sería necesario recircular parte del efluente del segundo reactor de nitrificación; en este reactor se producirá nitratos, siendo éste un reactor aerobio. Otro proceso es la eliminación biológica del fósforo, cuyos métodos se basan en someter inicialmente la masa bacteriana en un ambiente anaerobio donde los microorganismos parecen que no consumieran fósforo, pero si posteriormente son sometidos a un sistema aerobio consumen fósforo en los momentos en el que se sedimentan y se separa.
Es un tratamiento biológico basado en el crecimiento de biomasa sobre soportes plásticos móviles en el interior del reactor biológico. El principio básico del proceso de lecho móvil es el crecimiento de la biomasa en soportes plásticos que se mueven en el reactor biológico mediante la agitación generada por sistemas de aireación (reactores aerobios) o por sistemas mecánicos (en reactores anóxicos o anaerobios). Los soportes son de material plástico con densidad próxima a 1 g/cm3 que les permite moverse fácilmente en el reactor incluso con porcentajes de llenado del 70%.
Principales tratamientos biológicos de aguas residuales reducciones de volumen del reactor biológico. Este tipo de procesos puede aplicarse tanto a plantas de tratamiento para la biodegradación de materia orgánica como para instalaciones con eliminación de nutrientes, en aguas residuales urbanas e industriales. Ventajas frente a procesos biológicos convencionales: • Reducción de volumen del reactor biológico por empleo de un soporte plástico que proporciona una superficie específica elevada. Se ahorra superficie destinada a la depuradora. • Gran estabilidad y rápida respuesta a variaciones de carga. Ideal para la estacionalidad de vertidos del sector agroalimentario. • Proceso con una alta flexibilidad ya que en función de la cantidad de relleno introducido en el reactor, se consigue aumentar la capacidad de depuración del sistema. • A diferencia de los procesos de lodos activados, no requiere recirculación de fangos al reactor. Esto evita problemas derivados de la sedimentabilidad del fango. • Proceso de operación y control sencillo.
Lechos móviles.
Los procesos de lecho móvil surgen de la tendencia actual en tratamiento de aguas residuales, del empleo de sistemas que aporten una superficie específica elevada en el reactor para el crecimiento de la biomasa, consiguiendo importantes
• Fácil adaptación de plantas depuradoras con lodos activados a este tipo de proceso pudiendo incrementar notablemente la capacidad de tratamiento.
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Los lodos yacen tras los procedimientos de tratamientos que al agua ha de darse hasta obtener el producto deseado. Estos lodos puedes posarse sobre los tratamientos físicos, químicos y biológicos durante su operación.
Tratamiento físico: el lodo obtenido es producido durante los procesos de tratamiento primario de las aguas residuales. Esto ocurre después de las pantallas y desarenado y cosiste en productos no disueltos de las aguas residuales. La composición del lodo depende de las características del área de recogida de las aguas. Generalmente contiene una gran cantidad de material orgánica, vegetales, frutas, papel, entre otros. En un estadio inicial de descomposición. La consistencia se caracteriza por ser un fluido denso. Tratamiento químico: el lodo resultante es producido principalmente en tratamientos terciaros químicos. Contiene gran cantidad de coagulantes y floculantes tales como: polímeros orgánicos, sales de aluminio (sulfato de aluminio) y de hierro (cloruro férrico, sulfato ferroso). Por lo general fácil de espesar. Su facilidad de deshidratación dependerá de su
composición. Barros con alto contenido de sales de aluminio son por lo general más deshidratar debido a su naturaleza gelatinosa. Tratamiento biológico: la eliminación de la materia orgánica disuelta y los nutrientes de las aguas residuales tiene lugar durante el tratamiento biológico del agua, por un complejo proceso donde interactúan distintos tipos de bacterias y microorganismos, que requieren oxígeno para vivir, crecer y multiplicarse y consumen materia orgánica. El lodo resultante se llama lodo activo. Este lodo, generalmente, está en forma de flóculos que contienen biomasa viva y muerta además de partes minerales y orgánicas absorbida y almacenada.
10 Origen de los lodos Es producido durante los procesos de tratamiento primario de las aguas residuales. Esto ocurre después de las pantallas y desarenado y consiste en productos no disueltos de las aguas residuales. La composición del lodo depende de las características del área de recogida de las aguas. Generalmente contiene una gran cantidad de material orgánica, vegetales, frutas, papel, etc. en un estadio inicial de descomposición. La consistencia se caracteriza por ser un fluido denso con un porcentaje en agua que varía entre 92 % y 96 %. . En el proceso de tratamiento, es conveniente alcanzar una vida del lodo constante, para lograrlo, la biomasa en exceso debe de eliminarse de la planta biológica de tratamiento de lodo. El lodo secundario es rico en lodo activado.
Se produce a través de procesos de tratamiento posteriores, con adición de agentes floculantes.
La eliminación de la materia orgánica disuelta y los nutrientes de las aguas residuales tiene lugar durante el tratamiento biológico del agua, por un complejo proceso donde interactúan distintos tipos de bacterias y microorganismos, que requieren oxígeno para vivir, crecer y multiplicarse y consumen materia orgánica. El lodo resultante llama lodo activo. Este lodo, generalmente, esta en forma de flóculos que contienen biomasa viva y muerta además de partes minerales y orgánicas absorbida y almacenada. El comportamiento de sedimentación de los flóculos de los lodos activos es de gran importancia para el funcionamiento de la planta de tratamiento biológico. Los flóculos deben ser removidos, para separa la biomasa del agua limpia, y el volumen requerido de lodo activo puede ser bombeado de nuevo en el tanque de aireación.
Lodo activado.
El lodo activo de retorno que proviene del tanque de aireación biológica al clarificador final. Los flóculos de lodo activo sedimentan al fondo y pueden separarse del agua limpia residual. La mayoría del lodo que se lleva de nuevo a tanque de aireación e llama lodo activo de retorno.
El lodo digerido tiene lugar en los procesos de digestión aeróbica. Tiene color negro y olor a tierra. Tiene una proporción de materia orgánica del orden de 45 a 60%.
Lodo digerido.
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Los lodos o fangos presentan ciertas características, las cuales varían dependiendo del tipo del lodo y su origen. Estas características pueden ser: • Físicas: densidad, concentración de sólidos, viscosidad y sedimentabilidad. • Químicas: poder calorífico, estimado por fórmulas empíricas. • Biológicas: tipos de microorganismos y su toxicidad.
Lodos primarios: estos lodos son los que se separan en la decantación primaria y, al no haber sufrido un tratamiento biológico, no se han descompuesto, por lo que son altamente inestables y putrescibles. Su color es normalmente gris, con altos contenidos de sólidos fecales y otros tipos de desechos. Además, liberan fácilmente su agua de constitución y se espesan bien. Su contenido en humedad varía entre el 95 y 99%. Lodos biológicos: estos lodos proceden del proceso de lodos activados. La materia orgánica de estos lodos está parcialmente descompuesta, son de color marrón oscuro y con un olor a tierra húmeda no desagradable. El contenido de humedad está comprendido entre 98% y 99,5%. Son muy difíciles de concentrar.
Estos lodos, en su descomposición posterior, se hacen sépticos y producen olores desagradables. Pueden espesarse directamente o enviarse a la decantación primaria, donde decantan conjuntamente con los lodos primarios, dando lugar a los lodos mixtos. Lodos de precipitación química: estos lodos son generalmente de color oscuro, algo rojizo si contienen sales de hierro. El olor puede ser desagradable, aunque no tanto como los fangos primarios. Su velocidad de descomposición es algo menor que la de los primarios. Al igual que los lodos biológicos, también pueden espesarse directamente o enviarse a la decantación primaria.
12 Características de los lodos Lodos digeridos aeróbicamente: son lodos de color oscuro, tienen apariencia floculenta y olor poco desagradable.
Son aquellos que se concentran en el fondo del sedimentador primario, contienen de 3 a % de sólidos (1%de sólidos ≅ 1 g de sólidos/100 ml de volumen de lodos); de éstos, aproximadamente 70% son de naturaleza orgánica. Este lodo adopta condiciones anaerobias rápidamente y es pestífero. Básicamente está compuesto por material fibroso y usualmente es más fácil de espesar y deshidratar. Sedimentador.
Estos lodos son removidos en sedimentadores secundarios, están compuestos principalmente de biomasa, principalmente bacterias, y sólidos orgánicos insolubles. Son lodos mucho más difícil de deshidratar y que contienen gran cantidad de agua interna y consistencia Lechos de secado de lodos. gelatinosa. Son desechos del proceso de tratamiento secundario; contienen microorganismos y materiales inertes. El 90%de los sólidos son de naturaleza orgánica. Cuando se suprime el suministro de aire, este lodo adopta condiciones anaerobias pestíferas, si no se le trata antes de disponerlo. El contenido de sólidos depende de la fuente, por ejemplo, es de 0.5 a 2.0% en los lodos activados de desecho y de 2 a 5% en el lodo de filtros percoladores. En algunos casos, los lodos secundarios contienen precipitados químicos en gran cantidad debido a que el tanque de aireación es usado como tanque de reacción
para la adición de químicas, necesarias remoción de fósforo.
sustancias para la
Esquema de un sedimentador.
13 Características de los lodos También denominados “lodos químicos”, son producidos principalmente en tratamientos terciarios y físico‐químicos. Contienen gran cantidad de coagulantes y/o floculantes tales como: polímeros orgánicos, sales de aluminio (sulfato de aluminio) y de hierro (cloruro férrico, sulfato ferroso). Por lo general son fáciles de espesar. Su facilidad de deshidratación dependerá de su composición. Lodos con alto contenido de sales de aluminio son por lo general más difíciles de deshidratar debido a su naturaleza gelatinosa. La naturaleza del proceso de tratamiento terciario influye en las características de los lodos generados. Por ejemplo, la remoción de fósforo produce lodos químicos difíciles de manejar y tratar. Cuando la remoción de fósforo se realiza en el proceso de lodos activados, el lodo químico se combina con el biológico, propiciando que éste último sea más difícil de tratar. La remoción de nitrógeno por desnitrificación produce un lodo biológico con propiedades muy similares a las de los lodos activados de desecho. Fuentes de sólidos y de lodos en el tratamiento de aguas residuales
Valores típicos de las características de los lodos producidos por diferentes procesos de tratamiento para aguas residuales
Lodo deshidratado.
Espesador por gravedad circular.
Al analizar las características de cada tipo de lodo se puede destacar que todos están compuestos en especial por materia orgánica removida del agua residual, la cual eventualmente se descompone y causa los mismos efectos indeseables del agua residual cruda. También es destacable que las características de los lodos varían mucho dependiendo de su origen, de su edad, del tipo de proceso del cual provienen y de la fuente original de los mismos, mientras que la cantidad de lodo producido es muy variable, esta depende del proceso de tratamiento usado, de las características del agua residual, del grado de tratamiento previo, del tiempo de sedimentación, de la densidad de sólidos, del contenido de humedad, del tipo de equipo o método de remoción de lodos y de la frecuencia de remoción de los mismos.
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El tratamiento de lodos está integrado por diferentes etapas, las cuales son: 1. Espesamiento. 2. Estabilización o digestión. 3. Deshidratación. 4. Desinfección. 5. Disposición final.
Se utiliza la flotación o espesamiento a gravedad; en el primero se propicia que los sólidos floten por encima del líquido y en el segundo se les deja sedimentar hasta el fondo. El objetivo del espesamiento es remover la mayor cantidad de agua que sea posible antes de la deshidratación final o digestión del lodo. Gracias a este proceso de bajo costo se reduce a la mitad el volumen de los lodos. El espesamiento de los fangos tiene lugar generalmente en decantadores, ya sea por gravedad o por flotación. El espesamiento por gravedad suele realizarse en decantadores estáticos circulares o rectangulares provistos de rasquetas que arrastran el fango precipitado hacia
las arquetas de recogida y el agua decantada clarificada se extrae por los vertederos situados en la parte superior. A veces , los decantadores por gravedad , pueden disponer de lamelas que al aumentar la superficie de decantación permiten reducir el volumen del decantador, obteniendo los mismos o mejores resultados en el espesamiento. El espesamiento por flotación, aprovecha la flotabilidad de las partículas (flóculos) cuando se les adhieren pequeñas burbujas de aire. Para la adherencia de estas burbujas de aire, basta con presurizar directamente la mezcla de fangos con aire, a una presión de 6 bares y descomprimir después a la entrada del flotador o también se puede presurizar
15 Tratamiento de los lodos directamente agua clarificada que se inyecta después en el propio fango. El fango flotado y espesado es retirado de la superficie mediante frasquetas superficiales.
Diagrama del proceso de espesamiento por flotación.
Diagrama del proceso de espesamiento por gravedad.
Lodo concentrado en espesamiento por flotación.
Tiene como objetivos, el reducir los microorganismos patógenos presentes en los fangos para eliminar los olores desagradables y eliminar la capacidad de putrefacción. A través de: • Digestión aerobia: consiste en la degradación biológica de la materia orgánica presente en el agua residual gracias a la actividad microbiológica en condiciones aerobias (en presencia de oxigeno). • Digestión anaerobia: es la degradación de la materia orgánica de los fangos en condiciones de anoxia. Las reacciones que se producen en esta degradación liberan energía además de liberar al medio metano (CH4), dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O) que pueden ser aprovechados.
La deshidratación disminuye el contenido de agua de los fangos disminuyendo así el volumen de los lodos para el transporte y la manejabilidad de los mismos. El destino de los fangos determinará el grado de deshidratación y el método utilizado para este fin. Suele ser necesaria antes de la incineración ya que se consigue aumentar el poder calorífico al disminuir la humedad. También si el fango se destina a compostaje, para evitar los olores que puedan derivarse de él y si el lodo va a ser evacuado a vertedero ya que evita la formación de lixiviados. El lodo o fango ya espesado contiene aún un porcentaje pequeño de materia seca (4%), lo que hace necesario una mayor concentración y manejar de esta forma menores volúmenes, para ello se recurre a la deshidratación mecánica. La extracción del agua retenida por capilaridad en el lodo no es posible con una simple decantación, ya sea por gravedad o por flotación. Para conseguir grados de sequedad del orden del 20% o mayores, hay que someter el lodo a una filtración o a una centrifugación, y generalmente para aumentar el rendimiento de
16 Tratamiento de los lodos estos tratamientos se hace necesario utilizar determinados reactivos como cal o polielectrolitos. Los sistemas de filtración más empleados son los filtros prensa y los filtros banda. Los filtros prensa constan de una serie de placas de fundición o de algún material moldeado, con caras acanaladas sobre las que se intercalan unas telas filtrantes, el fango previamente acondicionado generalmente con cal, se introduce en las cámaras que forman cada dos placas contiguas y se somete el conjunto a una elevada presión, del orden de 300 Kg/cm2, por medio de un dispositivo hidráulico. El funcionamiento es discontinuo, y muy laborioso, obteniéndose un fango bastante seco, próximo al 30% en materia seca.
Salida del lodo en el filtro banda.
Es el proceso mediante el cual se trata de eliminar una gran cantidad de organismos patógenos presentes en los lodos y que pueden suponer un riesgo sanitario en su utilización. En la actualidad la desinfección de lodos se realiza con fines agrícolas. Los métodos que se utilizan son la pasteurización.
Filtro prensa.
Los filtros banda consisten en una banda continua de tela filtrante que pasa a través de unos rodillos giratorios, el fango acondicionado con un polielectrolito se vierte de forma continua sobre la banda, y posteriormente al pasar entre los rodillos es comprimida y una placa rascadora va separando el fango deshidratado de la banda. En estos filtros se consiguen concentraciones del orden del 20% en mataría seca.
Los lodos deshidratados deben disponerse en una forma ambientalmente segura. Existen varias posibilidades de eliminación: descarga en vertedero, incineración, aplicación en la agricultura u otros usos.
Disposición de lodos en terreno agrícola. Filtro banda comercial.
17 Tratamiento de los lodos La aplicación en terrenos agrícolas requiere que el lodo no presente sustancias tóxicas para las plantas, animales y seres humanos. Lo habitual es que sí las contienen sean dispuestos en rellenos sanitarios o incinerados; aunque las emisiones de agentes contaminantes, hacen poco atractivo este último proceso.
Regeneración de canteras con fangos deshidratados (mezcla de lodos sobre lecho de tierras y materiales estériles)-
Esquema de los tratamientos de lodos más comunes.
La recuperación de la vegetación en zonas restauradas con lodos es rápida. Seis meses separan estas dos imágenes y ya se observa un buen recubrimiento vegetal.
1 1. 2. 3. 4.
Diagrama del proceso de tratamiento de los lodos.
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Entrada a la planta de lodos. Primera fase de concentración (purga en decantadores). Segunda fase de concentración (salida de flotadores). Tercera fase de concentración (salida centrífuga). Muestras de lodo y concentraciones en las sucesivas etapas del proceso.
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La empresa venezolana PULPACA, utiliza este método para el abastecimiento de energía de su planta de pulpa y papel.
Desde hace años empresas alrededor del mundo han estado buscando la mejor forma de producir bioenergía sin correr riesgos de contaminación en el ambiente. Es por eso que se recurre a la creación de una planta de pellets, la cual consiste en disminuir el alto consumo y generar energía limpia. Del mismo modo este tipo de plantas trabajan a mayor velocidad y ayudan a cubrir la demanda energética eficazmente. En las plantas de secado térmico se reduce el agua contenida en los lodos por evaporación mediante la aportación de calor. De esta forma se consigue disminuir la masa y el volumen del lodo y obtener un producto (pellet) estable e higienizado. El pellet se obtiene a través del proceso de deshidratación de los desechos sólidos y lodo adquirido de plantas industriales. De esta forma se logra obtener biomasa la cual contiene diferentes formatos dependiendo los fines que se tengan, los hay desde 8mm a 300mm de diámetro. Este producto una vez listo para su utilización se destina a la agricultura, vertederos, entre otros.
Con la evaporación de los pellets a través de calderas especializadas para este proceso, se logran dos objetivos muy importantes, el primero es la bioenergía para el funcionamiento y abastecimiento energético de la planta y la producción de biogases no contaminantes para el ambiente, debido a que el combustible que se utiliza sustituye al fósil, el cual es costoso y altamente contaminante.
Lodo seco o pellet.
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