Post on 30-Jun-2015
description
TRATAMIENTO DE LODOS Y SU DISPOSICION FINAL
Ing. Dioselina Navarrete.
Docente de la Universidad Agraria del Ecuador.
10 de octubre del 2014.
Introducción
La generación de las aguas residuales es un producto inevitable, resultado de las actividades humanas, su tratamiento y disposición apropiada, dependen de la caracterización de los afluentes.
Del tratamiento de las aguas residuales, independiente de su tipología, se generan lodos en cada una de las operaciones unitarias de tratamiento.
Ing. Dioselina Navarrete.
Introducción
Las operaciones unitarias para el tratamiento de lodos, tienen como finalidad reducir la cantidad de agua inicial hasta obtener un lodo seco o deshidratado y realizar una disposición final adecuada y de esta manera mitigar los riesgos de contaminación ambiental.
Ing. Dioselina Navarrete.
Fuentes de las aguas residuales
Las aguas residuales son las aguas usadas y los solidos que por uno u otro medio se introducen en las cloacas y son transportados mediante el sistema de alcantarillado.
Ing. Dioselina Navarrete.
Composición de las aguas residuales domesticas.
Agua Residual Domestica
Solidos (0,1 %)Agua (99,9 %)
Inorgánicos(30 %)Orgánicos(70 %)
Proteínas
Carbohidratos
Lípidos
Minerales
Sales
Metales
Ing. Dioselina Navarrete.
Características de las aguas residuales.
Muestra de Agua Residual
SS o SNF
SD o SF
SSF
SSV
SDF
SDV
SFT
SVT
ST
Ing. Dioselina Navarrete.
Abreviaturas.
SS: Solidos suspendidos.SNF: Solidos no filtrables SD: Solidos disueltosSF: Solidos filtrables.SSF: Solidos suspendidos fijos.
Ing. Dioselina Navarrete.
Abreviaturas.
SSV: Solidos suspendidos volátiles.SDF: Solidos disueltos fijos.SDV: Solidos disueltos volátiles SFT: Solidos fijos totalesSVT: Solidos volátiles totales.ST: Solidos Totales.
Ing. Dioselina Navarrete.
Las fuentes de aguas residuales, pueden ser de origen:
Aguas residuales domesticas (ARD)Aguas residuales Industriales (ARI)
Ing. Dioselina Navarrete.
Aguas residuales domesticas
Son los líquidos provenientes de viviendas o residencias, edificios comerciales e institucionales.
Ing. Dioselina Navarrete.
Aguas residuales domesticas
Estas aguas de clasifican en:Aguas negras y aguas grises.Aguas negras: Son las provenientes de
inodoros, es decir, aquellas que transportan excrementos humanos y orina, ricos en solidos en solidos suspendidos, coliformes fecales y nitrógeno.
Ing. Dioselina Navarrete.
BOMBA TIPO TORNILLO Y REJILLAS
Ing. Dioselina Navarrete.
Material retenido por cribas.
Ing. Dioselina Navarrete.
Almacenamiento de material retenido por cribas.
Ing. Dioselina Navarrete.
LAGUNAS DE ESTABILIZACIÓN
Ing. Dioselina Navarrete.
Descarga de aguas residuales
Ing. Dioselina Navarrete.
DIQUE TIPO ZANJA Y PANTANO PARA EL TRATAMIENTO COMPLEMENTARIO
Ing. Dioselina Navarrete.
Aguas residuales industriales
Son las aguas residuales provenientes de las descargas de industrias de manufactura
Ing. Dioselina Navarrete.
Tratamiento ARI (Industria cervecera).
Ing. Dioselina Navarrete.
Tamiz para la filtración de solidos
Ing. Dioselina Navarrete.
Lagunas de aireación.
Ing. Dioselina Navarrete.
Clarificación de aguas.
Ing. Dioselina Navarrete.
Tratamiento de ARI
Ing. Dioselina Navarrete.
Tratamiento de aguas residuales.
Ing. Dioselina Navarrete.
Dosificadores de químicos para Tratamiento de ARI
Ing. Dioselina Navarrete.
Purga de lodos de los sedimentadores.
Ing. Dioselina Navarrete.
Tratamiento aerobio de aguas residuales industriales.
Ing. Dioselina Navarrete.
TANQUE DE HOMOGENEIZACIÓN Y COAGULACIÓN - FLOCULACIÓN
Ing. Dioselina Navarrete.
REACTOR BIOLÓGICOENTRADA DE AGUA CLARIFICADA DE
TRATAMIENTO PRIMARIO
Ing. Dioselina Navarrete.
REACTOR BIOLÓGICOENTRADA DE AGUA CLARIFICADA DE
TRATAMIENTO PRIMARIOFLOCULADOR RÁPIDO, “FLASH”
Ing. Dioselina Navarrete.
ALMACENAMIENTO DEL LODO FLOTACIÓN
Ing. Dioselina Navarrete.
Tratamiento Biológico.
Ing. Dioselina Navarrete.
Clarificador de agua Residual
Ing. Dioselina Navarrete.
Tratamiento químico de aguas residuales.
Ing. Dioselina Navarrete.
Tratamiento aerobio.
Ing. Dioselina Navarrete.
Tratamiento de lodos Uno de los principales problemas de tratamiento de aguas residuales es el relacionado con el tratamiento y disposición final de los lodos.
En los tanques de sedimentación se producen grandes volúmenes de lodos con alto contenido de agua; su deshidratación y disposición final pueden representar un alto porcentaje de costo del tratamiento de las aguas.
Ing. Dioselina Navarrete.
Fuentes de sólido y de lodos en el tratamiento de aguas residuales
Unidad Tipo de sólidos o de lodo.
Observaciones
Criba sólido grueso Los sólidos son removidos de forma manual o mecánica
DesarenadoresArena y espuma Se omite la remoción de espumas en
desarenadores
Pre aireaciónArena y espuma Se omite la remoción de espumas en
pre aireación
Ing. Dioselina Navarrete.
Fuentes de sólido y de lodos en el tratamiento de aguas residuales
Unidad Tipo de sólidos o de lodo.
Observaciones.
Sedimentación primaria
Lodo y espuma, primarios
La cantidad depende del tipo de agua residual del afluente.
Tratamiento biológico Solidos suspendidos.Los sólidos suspendidos son el
resultado de la síntesis biológica de la materia orgánica.
Sedimentación secundaria
Lodo y espuma, secundarios
Remoción de espuma exigido por la US EPA
Tratamiento de lodos Lodo, compost y cenizas.
El lodos obtenido depende de su origen y del proceso utilizado en
su tratamiento
Ing. Dioselina Navarrete.
Lodos desde el punto de vista del origen
Lodos primarios crudos, proceden de la decantación primaria
Tienen una concentración de sólidos entre el 4 y 8% .
tienen un mal olor y color pardo grisáceo.
Ing. Dioselina Navarrete.
Lodos desde el punto de vista del origen
Lodos primarios digeridos, con una concentración de sólidos del 6 al 10%.
Presentan color negro y olor mohoso.Lodos biológicos en exceso, proceden de la
decantación secundaria biológica.contenido muy bajo de sólidos (0.5 a 1,5%/). Tienen olor débil y color café.
Ing. Dioselina Navarrete.
Lodos desde el punto de vista del origen
Lodos digeridos mixtos, son mezcla de lodos primarios y lodos en exceso.
Tienen una concentración de sólidos entre 2 y 4%.
color marrón negruzco con un olor mohoso.Lodo aeróbico digerido, concentración de
sólidos del 1 a 3%.
color café amarillento.
Ing. Dioselina Navarrete.
Lodos desde el punto de vista del estado físico
Lodos líquidos con un contenido de agua de más del 80%.
Lodos secos, cuando alcanzan proporciones de agua no superiores al 60 %.
Lodos pastosos, con contenido de agua intermedio entre las anteriores.
Ing. Dioselina Navarrete.
Constituyentes específicos de los lodos.
Materia orgánica (SV). Nutrientes. Patógenos. Metales. Compuestos orgánicos tóxicos.
Ing. Dioselina Navarrete.
Características de los lodos
Ing. Dioselina Navarrete.
DIAGRAMA GENERAL PARA EL TRATAMIENTO DE LODOS.
Espesamiento
Digestión aerobia
Digestión anaerobia
Acondicionamiento
Deshidratación
Lechos de secado
Filtros de vacío
Centrifuga Filtros prensa
Filtros debanda
Evacuación o disposición final
Ing. Dioselina Navarrete.
Tratamiento y disposición de lodos.
Etapas principales.
1. PRETRATAMIENTO
2. ESPESAMIENTO
3. ESTABILIZACIÓN
4. ACONDICIONAMIENTO
5. DESINFECCIÓN
6. DESIDRATACION7. SECADO8. REDUCCIÓN
TÉRMICA9. DIS´POSICION
FINAL
Ing. Dioselina Navarrete.
Pretratamiento.
Ing. Dioselina Navarrete.
Espesamiento.Objetivo
Describir las operaciones y procesos unitarios que se utilizan en el tratamiento de lodos, con las siguientes
finalidades:1.- Reducción de volumen2.- Estabilización3.- Textura adecuada
Ing. Dioselina Navarrete.
Espesamiento.- aumenta el contenido de solidos por eliminación de agua.
Ing. Dioselina Navarrete.
Cargas másicas para espesadores por gravedad
Tipo de lodoConcentración de sólidos del lodo
aplicado, %
Concentración esperada de
sólidos del lodo espesado %
Carga superficial de
sólidos
Kg/m2 d
Lodo primario 2 – 7 5 – 10 100 – 150
Lodo activado 0.5 – 1.5 2 – 3 20 – 40
Filtro percolador 1 – 4 3 – 6 40 – 50
Biodiscos 1 – 3.5 2 – 5 35 – 50
Digerido anaerobiamente
8 12 120Fuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES – Teoría y principios de diseño, Jairo Alberto Romero Rojas, Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería.
Ing. Dioselina Navarrete.
Cargas másicas para espesadores por gravedad
Tipo de lodoConcentración de sólidos del lodo
aplicado, %
Concentración esperada de
sólidos del lodo espesado %
Carga superficial de
sólidos
Kg/m2 d
Primario + activado 0.5 – 4 4 – 7 25 – 80
Primario + filtro percolador
2 – 6 5 – 9 60 – 100
Primario + biodiscos 2 – 6 5 – 8 50 – 65
Primario + hierro 2 4 30
Primario + cal 5 – 7.5 7-12 100 – 120Fuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES – Teoría y principios de diseño, Jairo Alberto Romero Rojas, Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería.
Ing. Dioselina Navarrete.
Cargas másicas para espesadores por gravedad
Tipo de lodoConcentración de sólidos del lodo
aplicado, %
Concentración esperada de
sólidos del lodo espesado %
Carga superficial de
sólidos
Kg/m2 d
Primario + lodo activado + hierro
1.5 3 30
Primario + lodo activado + alumbre
0.2 – 0.4 4.5 – 6.5 60 – 80
Lodo activado + filtro percolador
0.5 – 2.5 4-feb 20 – 35Fuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES – Teoría y principios de diseño, Jairo Alberto Romero Rojas, Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería.
Ing. Dioselina Navarrete.
Espesamiento por flotación
El espesamiento por flotación con aire disuelto, FAD, es una separación de los sólidos del líquido mediante la introducción de burbujas finas de aire dentro de la fase líquida.
Ing. Dioselina Navarrete.
Estabilización.Objetivos.
1. Reducir presencia de patógenos.
2. Eliminar olores desagradables.
3. Inhibir, reducir, o eliminar su potencial de putrefacción.
Ing. Dioselina Navarrete.
Estabilización de lodos
Ing. Dioselina Navarrete.
Acondicionamiento.Objetivo.- Mejora la característica de la
deshidratación de los lodos.
Ing. Dioselina Navarrete.
Desinfección.
Objetivo: Eliminar patógenos en el lodo.
Ing. Dioselina Navarrete.
Deshidratación.Objetivo: Reducir el contenido de humedad del lodo
Ing. Dioselina Navarrete.
Reducción Térmica.Objetivos:
1. Conversión total o parcial de sólidos orgánicos a productos finales oxidados como CO2 y H2O.
2. Oxidación y volatilización parcial de sólidos orgánicos por pirolisis o combustión completa.
Ing. Dioselina Navarrete.
Reducción térmica.
Ing. Dioselina Navarrete.
Disposición final.
Ing. Dioselina Navarrete.
Diagrama de procesos para el tratamiento de lodos.
Ing. Dioselina Navarrete.
Diagrama de procesos para el tratamiento de lodos.
Ing. Dioselina Navarrete.
Conclusiones
El conjunto de operaciones y procesos unitarios a escoger, dependerá de varios factores, siendo los principales los siguientes :
1. Composición del lodo
2. Destino final del lodo
3. Normas a cumplir
4. Disponibilidad financiera
Ing. Dioselina Navarrete.
Digestión de los lodos
Los lodos, producidos en el tratamiento de las aguas residuales, constituyen una concentración de los contaminantes presentes en el agua residual.
Para esta presente etapa se la puede realizar mediante la digestión anaeróbica y digestión aeróbica.
Ing. Dioselina Navarrete.
Objetivos de la digestión de los lodos:
En el proceso de digestión, se pretende:
Disminuir las materias volátiles.
Mineralizar la materia orgánica.
Concentrar los lodos.
Ing. Dioselina Navarrete.
Digestión anaeróbica
En el proceso de digestión anaeróbica, la materia orgánica contenida en la mezcla de lodos primarios y secundarios se convierte en metano CH4 y dióxido CO2 de carbono, principalmente.
Ing. Dioselina Navarrete.
Digestión anaeróbicaEl lodo primario, contienen un mayor contenido de solidos volátiles que los lodos secundarios.
La reducción de los sólidos volátiles es el criterio usado para medir el rendimiento de los procesos de digestión de los lodos.
El resultado de la digestión es reducir el contenido volátil, cerca del 50% y los sólidos, a aproximadamente, a un 70% de los valores originales.
Ing. Dioselina Navarrete.
Digestores anaeróbicos
Los digestores mas empleados son de alta carga y baja carga.
Digestor de baja carga, el contenido no se mezcla ni se calienta, el tiempo de retención varia entre 30 y 60 días.
Ing. Dioselina Navarrete.
Digestor de baja carga.
Ing. Dioselina Navarrete.
Digestores anaeróbicos
Digestor de alta carga, el contenido del digestor se calienta y se mezcla completamente. El lodo se mezcla mediante recirculación de gas, mezcladores mecánicos, bombeo o mezcladores con tubos de aspiración, y se calienta para optimizar la velocidad de digestión.
El tiempo de retención generalmente es menor a 15 días.
Ing. Dioselina Navarrete.
Digestor de alta carga.
Ing. Dioselina Navarrete.
Digestor de doble etapa.
Ing. Dioselina Navarrete.
Digestor de doble etapa
La combinación de estos de procesos se conoce como proceso de doble etapa, la cual consiste en lo siguiente:
Tanque digestión de alta carga, y tanque de digestión de baja carga, para la obtención de un sobrenadante clarificado.
Ing. Dioselina Navarrete.
Criterios operacionales de digestores de lodos
Parámetro Tasa baja Tasa alta
Temperatura, °C 30 – 35 30 – 35
Tiempo de retención, d 30 – 60 ≤ 15
Carga de sólidos, kg SV/m3d 0,5 – 1,6 1,6 – 8
Dosificación Intermitente Continua o intermitente
Extracción Intermitente Continua o intermitente
Mezcla No (estratificado) Si (homogeneizado)
Fuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES – Teoría y principios de diseño, Jairo Alberto Romero Rojas, Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería.
Ing. Dioselina Navarrete.
El tiempo de retención hidráulico (θ) del digestor
El volumen de un digestor anaeróbico debe ser suficiente para que exista un tiempo adecuado de residencia del lodo para obtener una destrucción significativa de los sólidos volátiles.
En los digestores sin recirculación θc y θ son iguales.
Ing. Dioselina Navarrete.
El tiempo de retención hidráulico (θ) del digestor
El tiempo de retención hidráulico (θ) del digestor se define por la ecuación:
removidooaplicadolododecaudal
útilvolúmen
Ing. Dioselina Navarrete.
Ecuación para calcular la edad del lodo.
La edad del lodo o tiempo de retención de los lodos (θc) en el digestor, se define por la ecuación:
dremovidossólidosdekg
digestorelensólidosdekgc /
Ing. Dioselina Navarrete.
Estándares de diseño para sistemas de mezcla de digestores anaerobios
Estándar Definición ValorNivel de potencia Potencia del equipo por unidad
de volumen digestor5 – 8 W/m3
Flujo unitario de gas
Cantidad de gas suministrado por unidad de volumen de
digestor
6,5 – 7,2 m3/m3.d
Gradiente de velocidad
Raíz cuadrada de la potencia usada por unidad de volumen
de digestor dividida por la viscosidad del lodo
50 – 80 s-1
Fuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES – Teoría y principios de diseño, Jairo Alberto Romero Rojas, Editorial
Escuela Colombiana de Ingeniería.
Ing. Dioselina Navarrete.
Digestión aeróbica.
El mecanismo de funcionamiento consiste en que conforme se agota el sustrato disponible (alimento), los microorganismos empiezan a consumir su propio protoplasma (respiración endógena) para obtener la energía necesaria para las reacciones de mantenimiento celular.
Ing. Dioselina Navarrete.
Digestión anaeróbica
El proceso de digestión aeróbica permite reducir la concentración de los SV en un 35 a 50%; las normas de la EPA requieren reducciones de los SV del 38%.
Ing. Dioselina Navarrete.
ventajas
1. Menores concentraciones de DBO en el liquido sobrenadante.
2. Se pueden requerir menores costos iniciales.
3. El producto final es biológicamente estable, sin olores.
Ing. Dioselina Navarrete.
Desventajas.
1. Alto costo energético asociado al suministro de oxigeno necesario.
2. Se produce un lodo digerido de pobres característicos para la deshidratación mecánica.
3. La digestión anaeróbica también es muy delicada en cuanto a operación se refiere.
Ing. Dioselina Navarrete.
Digestión aeróbica
El sistema de aireación puede ser de aire difuso, turbinas mecánicas sumergidas, aireadores de chorro o sistemas combinados. Los difusores, se colocan normalmente cerca del fondo del tanque, a lo largo de una de sus paredes o sobre el fondo del mismo.
Ing. Dioselina Navarrete.
Digestión aeróbica de los lodos de las aguas residuales
Para asegurar una mezcla adecuada, se requieren usualmente tasas de aireación de o, 33 a 0,67 l/m3.s o un suministro de aire de 30 m3/m3.d. El equipo mecánico de aireación puede ser flotante o montado.
Ing. Dioselina Navarrete.
Entre las ventajas del proceso de digestión aeróbica, se señalan las siguientes:
Para plantas con caudales menores a 220 l/s tiene un costo de inversión menor a la digestión anaeróbica.
Es más fácil que operar que los sistemas anaeróbicos.
No genera olores desagradables.
Ing. Dioselina Navarrete.
Entre las ventajas del proceso de digestión aeróbica, se señalan las siguientes:
Produce un sobrenadante con concentraciones bajas de: DBO, SS y NH3.
Reduce el contenido de las grasas y los aceites en el lodo.
Reduce bastante el contenido de patógenos.
Ing. Dioselina Navarrete.
Criterios de diseño para digestores aeróbicos Parámetro ValorTiempo de retención hidráulico a 20°C,d Lodo primario 15 – 20Lodo activado 10 – 15Lodo activado sin tratamiento primario 12 – 18Lodo activado + lodo primario 15 – 20Lodo primario + lodo filtro percolador 15 – 20Carga de sólidos, kg SV/m3d 1,6 – 4,8Requisitos de oxígeno, kg O2/kg de sólidos destruidos
Tejido celular con nitrificación 2,3DBO en el lodo primario 1,6 – 1,9Requisitos de mezcla, W/m3 20 – 40Mezcla por aire difuso, m3/m3d 19 – 58OD residual en el líquido, mg/L 1 – 2Reducción de sólidos volátiles, % 40 – 50
Fuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES – Teoría y principios de diseño, Jairo Alberto Romero Rojas, Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería.
Ing. Dioselina Navarrete.
DIGESTOR DE LODOS
Ing. Dioselina Navarrete.
Estabilización con cal
La adición de cal para la estabilización de los lodos es un proceso sencillo que permite eliminar olores y patógenos mediante la elevación del pH igual a 12.0 durante más de dos horas. Cuando se agrega cal, los microorganismos que producen los gases malolientes de la descomposición anaeróbica son destruidos o inactivados, así como los patógenos.
Ing. Dioselina Navarrete.
Los criterios recomendados para la dosificación es la siguiente:
Tratar el lodo en forma líquida. Dosificar suficiente cal para elevar el pH
del lodo a 12,5 y mantenerlo así durante 30 minutos para asegurar un pH > 12 durante doce horas y una alcalinidad residual que no permita que el pH caiga a menos de 11 durante muchos días.
Ing. Dioselina Navarrete.
Acondicionamiento de los lodos
El acondicionamiento de los lodos es necesario para obtener un lodo espesado o deshidratado con buena concentración de sólidos.
Ing. Dioselina Navarrete.
Acondicionamiento químico inorgánico
Los agentes más utilizados son cal y cloruro férrico tanto para filtración al vacío como para los filtros-prensas.
El lodo seco es adecuado para la disposición sobre suelos agrícolas o preparación de “compost”. En menor proporción, se utiliza sulfato ferroso, alumbre y cloruro de aluminio.
Ing. Dioselina Navarrete.
Dosis típicas de acondicionamiento de lodos de aguas residuales municipales
para secado en filtros al vacío
Tipo de lodoMasa de coagulante/masa
de sólidos secos
FeCI3,g/kg CaO,g/kg
Primario crudo 20 -40 80 – 100Lodo activado 60 – 100 0 – 160Primario + filtro percolador 20 – 40 90 – 120Primario + lodo activado 25 – 60 90 -160Primario + lodo activado + séptico 25 – 40 120 – 150Primario + lodo activado + cal 15 – 25 0Primario digerido anaerobiamente 30 – 50 100 – 130Primario + filtro percolador, digerido anaerobiamente
40 – 60 125 – 175
Primario + lodo activado, digerido anaerobiamente
30 - 60 150 – 210
Fuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES – Teoría y principios de diseño, Jairo Alberto Romero Rojas, Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería.
Ing. Dioselina Navarrete.
Acondicionamiento químico orgánico
El acondicionamiento con polímeros orgánicos, compuestos de cadenas largas de monómeros, moléculas solubles en agua, aniónicos, no iónicos o catiónicos, es un proceso complejo de desestabilización de las partículas mediante la neutralización de la carga y floculación.
Ing. Dioselina Navarrete.
Dosis de polímero para diferentes lodos
Tipo de lodo
Para filtración al
vacío,g/Kg.
Para filtros prensa
de correa, g/Kg.
Primario crudo 1 – 5 1 – 4
Lodo activado 7,5 – 15 4 – 10
Primario + lodo activado 5 – 10 2 – 8
Primario digerido anaerobiamente
3,5 – 7 2 – 5
Primario + LA, digerido anaerobiamente
1,5 – 8,5 1,5 – 8,5
Digerido aeróbicamente 7,5 – 25 -
Fuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES – Teoría y principios de diseño, Jairo Alberto Romero Rojas, Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería.
Ing. Dioselina Navarrete.
Acondicionamiento térmico
El tratamiento de los lodos con calor es un proceso de estabilización y acondicionamiento que consiste en calentar el lodo a presión durante un período aproximado. La temperatura requerida para el proceso es de 176 a 260ºC, durante 15 a 30 minutos, a presiones de diseño de 3,4 MPa con aire o 2,4 MPa sin aire. Su uso es limitado por su costo.
Ing. Dioselina Navarrete.
Acondicionamiento con permanganato de potasio
El permanganato oxida sustancias causantes de los olores como el H2S y forma MnO2 insoluble, de gran área superficial, que actúa como coagulante.
Ing. Dioselina Navarrete.
Deshidratación de los lodos
Se refiere generalmente a los sistemas que buscan reducir el contenido de agua del lodo a menos del 85%.
Ing. Dioselina Navarrete.
Los objetivos de la deshidratación son:
Reducir los costos de transporte del lodo al sitio de su disposición.
Facilitar el manejo de los lodos. Un lodo seco permite su manejo con cargadores, carretillas y otros.
Aumentar el valor calorífico del lodo para facilitar su incineración.
Ing. Dioselina Navarrete.
Los objetivos de la deshidratación son:
Minimizar la producción de lixiviados al disponer el lodo en un relleno sanitario.
Reducir la humedad para disminuir el volumen del lodo.
Facilitar su manejo y hacer más económico su tratamiento y disposición final posterior.
Ing. Dioselina Navarrete.
Filtración al vacío
Puede definirse como la remoción de los sólidos de una suspensión al pasarla a través de un medio poroso que retiene los sólidos.
Ing. Dioselina Navarrete.
Filtración al vacío
El filtro al vacío consiste básicamente en un tambor cilíndrico que rota, parcialmente sumergido, en un recipiente con lodo acondicionado. Entre el 10 y 40% de la superficie del tambor está sumergido en el recipiente y se denomina zona de filtración o zona de formación de la torta.
Ing. Dioselina Navarrete.
Existen básicamente dos tipos de medio filtrante en los filtros al vacío:
Telas de fibra natural o sintética. Resorte espiral.
En los EE.UU., los filtros al vacío es el método mecánico más usado para deshidratar los lodos en las PTAR. Sin embargo, en los últimos años, su uso ha declinado por su costo alto de operación y mantenimiento.
Ing. Dioselina Navarrete.
Producciones típicas de filtros al vacío
Tipo de lodo
% de ST en la pasta
Producción
kg/m2h
Primario crudo 25 – 30 24 – 49
Lodo activado y filtro percolador
20 – 26 15 – 29
Primario crudo y lodos activados
16 – 24 10 – 24
Lodo activado crudo 12 – 18 5 – 10
Primario digerido y filtro percolador
20– 28 20 – 29
Primario digerido y lodo activado
18 – 24 15 – 24
Fuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES – Teoría y principios de diseño, Jairo Alberto Romero Rojas, Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería.
Ing. Dioselina Navarrete.
Centrifugación
Es un proceso en el cual, se aplica la fuerza centrífuga al lodo para separar la fracción sólida de la líquida. La centrífuga separa el lodo en una pasta deshidratada y un “centrato” clarificado con base en la diferencia de densidad existente entre los sólidos y el líquido circundante.
Ing. Dioselina Navarrete.
Centrifugación
La centrífuga utiliza el mismo principio de la separación por gravedad en un sedimentador, pero con fuerza centrífuga de 500 a 3.000 veces la fuerza de gravedad.
Ing. Dioselina Navarrete.
Centrifugación
En la actualidad, la centrífuga usada para el secado de los lodos es la de tazón sólido o camisa maciza
Ing. Dioselina Navarrete.
Rendimientos típicos de las centrífugas de tazón sólido
Tipo de lodo
% de sólidos del lodo afluente
% de sólidos de la torta
Polímero requerido g/kg de sólidos
Lodo primario crudo 5 - 8 28 – 3625 - 36
00,5 – 2,5
Lodo primario con digestión anaeróbica
9 - 12
30 – 3525 – 3028 - 35
00,5 – 1,5
3 – 5Lodo activado crudo 0,5 - 3 8 - 12 5 – 7,5Lodo activado con digestión anaeróbica
1 - 3 8 - 10 1,5 - 3
Lodo primario + filtro percolador 7 - 10 35 – 4030 - 35
01 - 2
Lodo primario + lodo activado 4 - 5 18 - 25 1,5 – 3.5Lodo primario + lodo activado, con digestión anaeróbica
2 -4 4- 7
15 – 1817 - 21
3,5 – 52 - 4
Fuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES – Teoría y principios de diseño, Jairo Alberto Romero Rojas, Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería. Ing. Dioselina Navarrete.
Filtros de presión de correa
Los filtros de presión de correa (o banda) son equipos que emplean generalmente una correa doble para deshidratar continuamente los lodos mediante una combinación del drenaje por gravedad y compresión
Ing. Dioselina Navarrete.
Filtros de presión de correa
. El proceso incluye básicamente tres etapas operacionales: acondicionamiento químico del lodo, deshidratación por gravedad hasta una consistencia no fluida y compactación del lodo en una zona de corte y presión.
Ing. Dioselina Navarrete.
Rendimientos típicos prensa de correa
Tipo de lodo
% de
sólidos del
afluente
Carga por metro de ancho de
correa
Dosis de
polímero g/kg
de sólidos secos
% de sólidos en la torta
L/min
Kg/h
Típico
Interva
lo
Primario crudo 3 – 7 110 – 190
360 – 550
1 – 4 28 26 -32
Lodo activado 1 – 4 40 – 50
45 – 180
3 – 10 25 12 – 20
Primario + lodo activado
3 – 6 80 – 190
180 – 320
2 – 8 23 20 – 28
Primario + filtro percolador
3 – 6 80 – 190
180 – 230
2 – 8 25 23 – 30 Fuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES – Teoría y principios de diseño, Jairo Alberto Romero Rojas, Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería. Ing. Dioselina Navarrete.
Rendimientos típicos prensa de correa
Tipo de lodo
% de
sólidos del
afluente
Carga por metro de ancho de correa
Dosis de polímero g/kg de sólidos secos
% de sólidos en la torta
L/min
Kg/h
Típico
Intervalo
Primario con digestión anaeróbica
3 – 7 80 – 190 360 – 550 2 – 5 28 24 – 30
Lodo activado con digestión anaeróbica
3 – 4 40 – 150 45 – 135 4 -10 15 12 -20
Primario + lodo activado con digestión anaeróbica
3 – 6 80 – 190 180 – 320 3 – 8 22 20 -25
Primario + lodo activado con digestión anaeróbica sin espesar
1 – 3
40 – 190
135 -225
2 – 8
16
12 – 20
Primario + lodo activado con digestión anaeróbica espesado
4 – 8
40 – 190
135 -225
2 - 8
18
12 - 25
Fuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES – Teoría y principios de diseño, Jairo Alberto Romero Rojas, Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería. Ing. Dioselina Navarrete.
Filtros prensa de placas
Los filtros prensa de placas, se utilizan cuando se necesita un contenido de sólidos, en la torta, superior al 35%.
Son costosos y requieren lodo bien acondicionado o materiales de recubrimiento.
Ing. Dioselina Navarrete.
Filtros prensa de placas
Los filtros prensa de cámara hueca, se separan en tandas o “batch”. Los sólidos, se bombean al filtro prensa, a presiones entre 700 y 2.100 kPa, forzando el líquido a través de un medio filtrante y dejando una torta de sólidos atrapada entre las telas internas de filtración y se descarga por el extremo de la prensa. Al final, las placas, se operan y la torta cae por gravedad.
Ing. Dioselina Navarrete.
Rendimientos típicos de filtros prensa de volumen fijo
Tipo de Lodo
Período
de filtración
Acondicionador % de sólidos
Cal, % CloruroFérrico, %
Torta Lodo afluente
Primario crudo 120 10 5 45 5 – 10
Primario + lodo activado 150 10 5 40 – 45 3 – 6
Primario + lodo activado 150 12 6 45 1 – 4
Primario + filtro percolador
120 20 6 38 5 – 6
Primario + cloruro férrico 90 10 - 40 4
Lodo activado 150 15 7,5 45 5
Primario digerido 120 30 6 40 8
Primario digerido + lodo activado
120 10 5 45 6 – 8
Fuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES – Teoría y principios de diseño, Jairo Alberto Romero Rojas, Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería. Ing. Dioselina Navarrete.
Rendimientos típicos de filtros prensa de volumen fijo
La información de la tabla revela cómo el rendimiento depende del tipo de sólidos aplicados y su acondicionamiento. El tiempo de filtración indicado en la tabla no incluye el tiempo de descarga de la torta, el cual puede suponerse igual a 30 minutos para filtros prensa de 80 cámaras y hasta 45 minutos para filtros más grandes.
Ing. Dioselina Navarrete.
Lechos de secado de arena
Los lechos de secado de arena constituyen uno de los métodos más antiguos para reducir el contenido de humedad de los lodos en forma natural.
Ing. Dioselina Navarrete.
Lechos de secado de arena
Posiblemente, es el método más usado en plantas pequeñas, de menos de 100 l/s, para secado de los lodos, durante los últimos cien años.
Ing. Dioselina Navarrete.
Ventajas y desventajas de los lechos de secado de arena
Ventajas Desventajas
Costo bajo si hay terreno disponible. Diseño empírico que no permite análisis económico certero
No requiere operación especial. Requiere áreas grandes.
Consumo de energía bajo. Requiere lodo estable.
Poco sensible a cambios en las características del lodo.
Sensible a cambios de clima.
Consumo bajo de químicos. Visible al público.
Contenido alto de sólidos en la pasta.
Requiere gran cantidad de mano de obra para remoción de la pasta.
Fuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES – Teoría y principios de diseño, Jairo Alberto Romero Rojas, Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería.
Ing. Dioselina Navarrete.
Criterios de diseño para lechos de secado de arena
Características Criterio
Área requerida per. cápita
§ Lodo primario • 0,09 m2/c
§ Lodo primario y filtro percolador
• 0,15 m2/c
§ Lodo primario y lodos activados
• 0,28 m2/c
§ Lodo precipitado químicamente
• 0,18 m2/c
§ Otros lodos • 0,1 – 0,25 m2/c
Ing. Dioselina Navarrete.
Criterios de diseño para lechos de secado de arena
Características Criterio
Carga de sólidos secos
§ Lodo primario • 134 Kg. /m2. año
§ Lodo primario y filtro percolador • 110 Kg. /m2. año
§ Lodo primario y lodos activados • 73 Kg. /m2. año
§ Lodo precipitado químicamente • 110 Kg. /m2. año
Ing. Dioselina Navarrete.
Criterios de diseño para lechos de secado de arena
Características Criterio
• Altura sobre la arena • 0,5 – 0,9 m
• Diámetro tubería de drenaje principal
• >0,10 m
• Pendiente tubería de drenaje principal
• > 1%
• Distancia entre drenajes principales
• 2,5 – 6 m
• Distancia entre tuberías laterales de drenaje
• 2,5 - 3 m
Ing. Dioselina Navarrete.
Criterios de diseño para lechos de secado de arena
Características Criterio• Espesor de grava • 20 – 46 cm• Tamaño de grava • 3 – 25 mm
• Profundidad de arena • 20 – 46 cm
• Coeficiente de uniformidad de la arena
• <4
• Tamaño efectivo de la arena
• 0,3 – 0,75
• Ancho del lecho para limpieza manual
• 7,5 m
Ing. Dioselina Navarrete.
Criterios de diseño para lechos de secado de arena
Características Criterio• Longitud del lecho de
secado• < 60 m
• Decantadores• Se recomiendan sobre el
perímetro.
• Placa de salpicamiento• 0,9 x 0,9 x 0,1 para control
de erosión de la arena
• Rampas de acceso en concreto
• A lo largo del eje central de los lechos para remoción de la pasta con volquetas.
Ing. Dioselina Navarrete.
Criterios de diseño para lechos de secado de arena
Características Criterio
• Cobertura• En plástico reforzado con fibra de vidrio
20 – 40 cm, generalmente• Profundidad de
aplicación**• Debe producir una carga óptima de 10 a
15 Kg. /m2
• Operación
• Para remoción manual la pasta debe contener un 30 a 40% de sólidos. Se
puede palear con rastrillo tipo pala con varias puntas separadas 2,5 cm entre sí.
• Control
• Para control de moscas se atacan las larvas con bórax y borato de calcio, los
cuales no son peligrosos para el hombre ni para animales domésticos, rociando el
lodo, especialmente entre las grietas.
Ing. Dioselina Navarrete.
Superficies de lechos de secado según el tratamiento de que procedan los lodos
Tipo de tratamiento
Superficie en m2/hab.
Lechos descubiertos Lechos cubiertos
Primario 0,092 0,069
Filtro percolador 0,14 0,12
Lodos activos 0,16 0,12
Precipitación química 0,18 0,14
Ing. Dioselina Navarrete.
Laguna de secado de los lodos
Cuando existe terreno suficiente, las lagunas de secado para los lodos son una alternativa para la deshidratación de los lodos, esta operación puede requerir entre uno y tres años.
Ing. Dioselina Navarrete.
Ventajas y desventajas de las lagunas de secado de lodos
Ventajas Desventajas Consumo de energía bajo. Pueden presentar malos olores. No requiere coagulantes Son un fuerte potencial de
contaminación de aguas superficiales y subterráneas.
No son sensibles a la variabilidad de lodos
Pueden crear problemas de vectores como moscas y mosquitos.
La descarga de caudales extremos de lodos no afecta su funcionamiento.
Son visibles al público.
Permiten obtener estabilización adicional del lodo.
Requieren grandes extensiones de terreno.
Requieren mantenimiento mínimo. Su diseño es empírico y no permite un análisis económico certero
Si hay disponibilidad de terreno su costo es mínimo
Requieren lodo estable.
Ing. Dioselina Navarrete.
“Compost” del lodo
El “compost” es el resultado de la degradación biológica controlada de los materiales orgánicos hasta formar un compuesto estable, color oscuro, textura suelta y olor a tierra similar al humus.
Ing. Dioselina Navarrete.
“Compost” del lodo
El proceso puede llevarse a cabo por vía aeróbica y anaeróbica.
El “compostaje” aeróbico acelera el proceso de descomposición del material orgánico y permite obtener temperaturas altas, necesarias para la destrucción de patógenos.
Ing. Dioselina Navarrete.
“Compost” del lodo
Compostaje anaeróbico va siempre acompañado de olores desagradables que no representan en el primero, razón, por la cual, es poco común preparar “compostaje” anaeróbico.
Ing. Dioselina Navarrete.
“Compost” del lodo
El proceso de “compostaje” busca tres objetivos fundamentales:
La conversión biológica del material orgánico putrescible en un compuesto estable.
Ing. Dioselina Navarrete.
“Compost” del lodo
La destrucción de patógenos gracias a las temperaturas altas alcanzadas durante el proceso.
La reducción másica del material de humus, a través de la remoción del agua y los sólidos volátiles totales.
Ing. Dioselina Navarrete.
“Compost” del lodo
Existen diferentes formas de realizar “compostaje” aeróbico de los lodos, desde métodos muy artesanales hasta procesos que involucran la aplicación de tecnologías de punta, consecuentemente, de costos alto.
Ing. Dioselina Navarrete.
“Compost” del lodo
En general, todos los métodos de “compostaje” incluyen las operaciones básicas siguientes:
Mezclado del material de llenado con lodo. Descomposición microbiológica del material
orgánico (“compostaje”).
Ing. Dioselina Navarrete.
“Compost” del lodo
Clasificación o tamizado del material.Recirculación del material grueso.Curado del material fino.Almacenamiento y comercialización.
Ing. Dioselina Navarrete.
“Compost” del lodo
El “compostaje” de las excretas humanas mezcladas con otros residuos vegetales y estiércol, se practica en China desde hace más de 4.000 años y es considerado un aspecto de gran importancia para el mantenimiento de la fertilidad del suelo.
Ing. Dioselina Navarrete.
“Compost” del lodo
Los microorganismos ejecutores del proceso pueden ser bacterias, hongos y actinomices, capaces de metabolizar sustancias simples y compuestas.
Ing. Dioselina Navarrete.
Incineración de lodos
Esta alternativa de procesamiento de los lodos es una alternativa cuando:No hay terreno suficiente para la
disposición.Las normas ambientales son muy
restrictivas.Se requiere la destrucción de materiales
tóxicos.
Ing. Dioselina Navarrete.
Ventajas y desventajas de los procesos de temperatura alta
Ventajas Desventajas
Reducción de la masa y el volumen de la torta en 95%,
minimizando los requisitos de disposición
Costos altos de capital, operación y mantenimiento
Destrucción de tóxicos Problemas de operación que reducen la confiabilidad del equipo
Recuperación de energía mediante la combustión
Requieren personal calificado para la operación
Requiere control de emisiones gaseosas
Ing. Dioselina Navarrete.
Incineración de lodos
Los lodos procesados por incineración suelen ser crudos, deshidratados sin estabilizar. La estabilización no es recomendable porque la digestión reduce su contenido de sólidos volátiles y su poder calorífico, aumentando, así, las necesidades de combustible auxiliar.
Ing. Dioselina Navarrete.
Poder calorífico típico de diferentes lodos
Tipo de lodoPoder calorífico
MJ/Kg Intervalo
Valor típico
Primario o crudo 23-29 25,5
Activado 16-23 21
Primario con digestión anaeróbica 9-13,5 11,5
Primario con precipitación química
13,5-18,5 13,5
Filtros biológicos 16-23 20
Ing. Dioselina Navarrete.
Requerimientos teóricos de aire y oxígeno para la combustión completa
SustanciaKg/Kg de sustancia
AireOxígeno
Carbono 11,53 2,66Monóxido de carbono 2,47 0,57Hidrógeno 34,34 7,94
Azufre 4,29 1,00Sulfuro de hidrógeno 6,10 1,41Metano 7,27 3,99
Etano16,12 3,73 3,73
Amoniaco 6,10 1,41
Ing. Dioselina Navarrete.
Lagunas de estabilización.
Ing. Dioselina Navarrete.
Tolva para reservorio de lodos.
Ing. Dioselina Navarrete.
Lechos de secado de lodos
Ing. Dioselina Navarrete.
Filtro Prensa para deshidratación de lodos.
Ing. Dioselina Navarrete.
Deshidratación de los lodos.
Ing. Dioselina Navarrete.
Lodo deshidratado.
Ing. Dioselina Navarrete.
Digestión de lodos.
Ing. Dioselina Navarrete.
Lechos de secado.
Ing. Dioselina Navarrete.
Transporte de lodo deshidratado.
Ing. Dioselina Navarrete.
Manejo de lodos de origen aguas residuales municipales.
Ing. Dioselina Navarrete.
Bibliografía. Depuración de Aguas Residuales, Aurelio Hernández Muñoz, Colegio de
Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, PARANINFO S.A., España, 1.998
Depuración de Aguas Residuales, Dr. Aurelio Hernández Muñoz, Cuarta Edición revisada y ampliada, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Servicio de Publicaciones del Colegio de Ingenieros de Caminos de Madrid (UPM), Colección Señor No. 9, 1998.
Ingeniería de Aguas Residuales, Volumen 2, Tratamiento, vertido y reutilización, Metcalf & Hedí, Tercera Edición, Mc Graw-Hill, España 1998.
Ing. Dioselina Navarrete.
Manual de Disposición de Aguas Residuales, Programa de Salud Ambiental, GTZ. Cooperación Técnica, República Federal de Alemania.
Manual de Disposición de Aguas Residuales: Origen, Descarga, Tratamiento y Análisis de las Aguas Residuales, Tomo II, GTZ COOPERACIÓN TÉCNICA REPÚBLICA FEDERAL DE ALEMANIA, CEPIS, Lima, Perú-1.991.
Manual de la Referencia de la Ingeniería Ambiental, Robert A. Corbitt, Mc. Graw-Hill Interamericana de España, S. A. U., 2003.
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES – Teoría y principios de diseño, Jairo Alberto Romero Rojas, Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería.
Ing. Dioselina Navarrete.