TECNOLOGÍAS DE MANEJO Y TRATAMIENTO DE LOS LODOS GENERADOS EN EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES
María Pía Mena
PROCESOS FÍSICOS: reducción de volumen y peso de los lodos. PROCESOS QUÍMICOS: adición de químicos para modificar las características de los lodos. PROCESOS BIOLÓGICOS: oxidación biológica de lodos. PROCESOS TÉRMICOS: deshidratado, destrucción y detoxificación de lodos.
1
PROCESOS DE TRATAMIENTO c c c c
Acondicionamiento Espesamiento Estabilización Deshidratado
c Conversión Térmica c Secado c Reuso c Otros Procesos
ACONDICIONAMIENTO Incluye los procesos que permiten mejorar el espesamiento o las características de deshidratado de los sólidos del tratamiento de las aguas residuales. También se incluyen las operaciones unitarias que permiten mejorar los procesos siguientes. •Acondicionamiento Químico (cloruro férrico, cal, polímeros). •Acondicionamiento Térmico.
2
PROCESOS FISICOS Espesamiento: Incluye los procesos que parcialmente disminuyen el contenido líquido de los lodos (2 - 10 %). •Espesamiento Gravitacional •Espesamiento por Flotación •Centrífugas •Tambores Rotatorios
ESPESAMIENTO GRAVITACIONAL •Se utiliza para concentrar los sólidos en lodos primarios, secundarios y/o combinados. •El grado de espesamiento varía entre 2 a 5 veces la concentración del lodo que ingresa; máxima concentración inferior al 10%. •Lodos activados y lodos químicos son más difíciles de espesar gravitacionalmente.
3
Espesador Gravitacional
FLOTACION POR AIRE DISUELTO • Se utiliza para concentrar los sólidos en lodos activados y/o químicos. • El grado de espesamiento varía entre 2 a 8 veces la concentración del lodo que ingresa; máxima concentración entre 4 - 5%. • Se remueve fácil y rápidamente las partículas de lenta sedimentación gravitacional. • Requiere uso de polímeros (1 - 4 gr/Kg).
4
FLOTACION POR AIRE DISUELTO
CENTRIFUGACION • Se utiliza para concentrar los sólidos en lodos activados y/o químicos. • El grado de espesamiento varía entre 5 - 8%. • Altos requerimientos de energía; altos costos de mantención . Requiere uso de polímeros (0 - 3 gr/Kg). • Uso debería limitarse a plantas donde el espacio es limitado, el lodo es difícil de espesar por otros medios y se dispone de operadores entrenados.
5
ESTABILIZACION
Se incluye una amplia variedad de métodos cuyo fin es reducir los patógenos, la atracción de vectores y el olor de los lodos. Métodos incluyen procesos biológicos, químicos y físicos.
6
ESTABILIZACIÓN DE LODOS La Estabilización puede ser definida como: “Un proceso de tratamiento del lodo tendiente a obtener un producto con características adecuadas para ser dispuesto sin generar daño al medio ni crear condiciones de enfermedad. Estas características tienen relación con el contenido de patógenos, la eliminación de olores y el potencial de putrefacción.”
MÉTODOS DE ESTABILIZACIÓN DE LODOS d Digestión Anaeróbica d Digestión Aeróbica d Digestión Aeróbica Termofílica d Compostaje d Estabilización con Cal d Pasteurización d Solidificación
7
CARACTERÍSTICAS DESEADAS EN LOS LODOS Lodos Clase A
Lodos Clase B
1) Coliformes fecales <1000 NMP/g ST ó 1) El lodo debe ser tratado por un proceso PSRP Salmonella < 3NMP/ 4gr ST o uno equivalente, ó 2) Además debe cumplir con una de las 2) Coliformes fecales <2.000.000 NMP/g ST o alternativas siguientes: Coliformes fecales <2.000.000 CFU/g ST, - Tiempo/Temperatura para un número de muestras mayor o igual a - Tratamiento alcalino siete. - Test de virus entérico y huevos de 3) Si se trata de una aplicación de tipo agrícola, helmintos, analizado antes o no del deben cumplirse además otros requerimientos proceso de reducción de patógenos. descritos en la norma. - Ser tratado por un proceso PFRP o uno equivalente.
Digestión Anaeróbica “Oxidación biológica de lodos orgánicos en condiciones anaerobias”. 1ªetapa: hidrólisis y fermentación de compuestos orgánicos complejos a ácidos simples 2ªetapa: conversión de ácidos en anhídrido carbónico y metano
8
Digestión Anaeróbica Baja Tasa Sin mezcla Sin Calefacción
Alta Tasa Completamente mezclado Calefaccionado ⇒ Digestión en dos etapas
Digestión Anaeróbica Mezcla Mejora el contacto entre el lodo que ingresa y la biomasa en el digestor Crea condiciones físicas, químicas y biológicas uniformes en el digestor Se produce una rápida dispersión de los productos metabólicos y cualquier sustancia inhibitoria que ingresa Previene la formación de espuma superficial
9
Digestión Anaeróbica Temperatura Rango mesofílico: óptimo:
27 - 43ºC 35ºC
- Rango termofílico: óptimo:
45 - 65ºC 54ºC
Digestión Anaeróbica
10
Digestores Anaerรณbicos
Estanque de Almacenamiento de Gas
11
Digestión Anaeróbica Criterios de Estabilidad 1. Reducción de Sólidos Volátiles Baja Tasa: 30 - 50% (TR > 30 días) Alta Tasa: 40 - 60% (TR > 6 días) 2. Reducción de Patógenos 3. Producción de Gas
Digestión Anaeróbica 3. Producción de Gas Calidad Metano: 65 - 70% Poder calórico: 20 - 25 MJ/m3 Cantidad 0.8 - 1 m3/Kg SV destruidos
12
Digestión Anaeróbica: Ventajas •Buena destrucción de sólidos volátiles (40 - 60%) •Costos operacionales netos bajos si metano es utilizado •Amplia aplicabilidad •Biosólidos pueden ser usados en agricultura •Buena reducción de patógenos •Reducción de la masa total de lodos
Digestión Anaeróbica: Desventajas •Requiere operadores entrenados •Lenta recuperación después de un problema •Sobrenadante posee alta carga en DBO, SST y NH3 •Puede generar malos olores •Altos costos de inversión •Riesgos potenciales de inflamabilidad •Dificultad para limpieza •Formación de espumas
13
Digestión Aeróbica “Oxidación biológica de lodos orgánicos en presencia de oxígeno”. • El tejido celular es oxidado a dióxido de carbono, agua y amoníaco. • Formación de un producto final inodoro, parecido al humus. • Producción de lodo con buenas características de deshidratación.
Digestión Aeróbica Temperaturas entre 20 - 30ºC, con adición de aire. Reducción de Sól. Volátiles: 35 - 50% Tasa consumo oxígeno <1.5 mg O2/gr/hr Reducción de Patógenos TR > 40 días, Tº = 20ºC TR > 60 días, Tº = 15ºC
14
Digestión Aeróbica: Ventajas •Bajo costo inicial •Simple control operacional •Sobrenadante menos objetable que el anaeróbico •Amplia aplicabilidad •Reduce la masa total de lodos
Digestión Aeróbica: Desventajas •Alto costo de energía •Generalmente menor destrucción de sólidos volátiles que en el caso anaeróbico •Posible reducción de pH y alcalinidad de los lodos •Potencial de dispersión de patógenos en aerosoles •Lodos digeridos más difíciles de desaguar •Formación de espumas
15
Estabilización de lodos con cal Método confiable utilizado desde 1890. Sistema simple de operar. Reducción significativa de patógenos. Se genera un producto estable. Reduce la potencial lixiviación de metales.
Estabilización de lodos con cal Aumento del pH hasta 12 mediante la adición de cal, por un período de contacto de dos horas, y mantenerlo sobre 11.5 durante las 22 hrs siguientes (Clase B). Para Clase A, el período es de 72 hrs, y además debe mantenerse a 52ºC durante 12 hrs (o a 70ºC durante 30 minutos) dentro del período.
16
Estabilización de lodos con cal Cal Líquida (Prelime Stabilization) Plantas de pequeño tamaño Aplicación a lodos líquidos Reuso de biosólidos en forma líquida Lodos Clase B Cal Seca (Postlime Stabilization) Aplicación a lodos deshidratados Lodos Clase A o Clase B Estabilización Alcalina Avanzada
17
Estabilización de lodos con Cal TIPO DE LODO Primarios Lodos Activados Digestión Anaerobia Sépticos
Concentración
Cal
de Sólidos (%)
Kg cal/ton sólidos
3-6
120-340
1 - 1,5
420-860
6-7
280-500
1 - 4,5
180-1020
Estabilización de lodos con Cal Ventajas • Proceso confiable, bajo costo de inversión, compacto y fácil de operar • Alto pH dificulta concentración de metales en las plantas • Buen método de estabilización provisional o de emergencia
18
Estabilización de lodos con Cal Desventajas •Incremento en la masa de sólidos •Concentración de nutrientes menor que en el caso de la digestión aerobia o anaerobia •Mayor liberación de amoniaco •Biosólidos no siempre apropiados para aplicación en suelos •Intensivo uso de químicos •Costos globales específicos según localización
Estabilización de lodos con Cal Aplicabilidad •Distancias cortas al lugar de reuso o disposición final •Estabilización de lodos en pequeñas plantas de tratamiento •Plantas con alta variación en la producción de sólidos •Reducción adicional de patógenos después de la digestión
19
MÉTODOS RECOMENDADOS PARA EVALUAR ESTABILIDAD Digestión anaeróbica Producción de gas a 35ºC Porcentaje de reducción de SSV Digestión aeróbica Tasa específica de consumo de oxígeno Porcentaje de reducción de SSV
20
MÉTODOS RECOMENDADOS PARA EVALUAR ESTABILIDAD Estabilización con cal pH y variaciones del pH durante almacenamiento Humedad Temperatura Evolución de amoniaco
COMENTARIOS La decisión de cuál tratamiento usar para los distintos niveles de población debe basarse en los requerimientos de uso o disposición del lodo. Para pequeñas poblaciones : Estabilización con Cal, Digestión Aerobia y Digestión Anaerobia de Tasa Estándar. De medianas a grandes poblaciones: Digestión Aerobia y Anaerobia de Alta Tasa
21
PROCESOS FISICOS: DESHIDRATADO Deshidratado: Incluye los equipos y sistemas (no térmicos) que permiten incrementar significativamente la concentración de sólidos en los lodos (>20%). •Filtro Prensa de Banda •Filtros de Vacío •Centrífugas •Lechos de Secado
22
Filtro Prensa de Banda
Deshidratado mediante Filtro Prensa de Banda
Lechos de Secado
23
24