2 7 manipulation de biosolidos ebook

ELEARNI NG CONTRI BUCI ON DE LOS OPERADORES EN LA GESTI ON DE LAS AQUAS RESI DUALES

TOMO 2.

7

2.7Manipulaci贸n debios贸lidos

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2.7 MANIPULACIÓN DE BIOSÓLIDOS Los procesos de las plantas de tratamiento de aguas residuales que se han descrito hasta ahora desechan los sólidos y la DBO del flujo de residuos antes de la descarga del efluente líquido en las aguas receptoras. Lo que queda por ser eliminado es una mezcla de sólidos y desechos, es decir, residuos del proceso, comúnmente denominados lodos o biosólidos. La eliminación de biosólidos se está convirtiendo en una preocupación medioambiental. No obstante, existen nuevos tratamientos, procesos de desinfección y métodos de eliminación de residuos que contribuyen al cumplimiento del número creciente de normativas que están apareciendo.

El aspecto más costoso y de mayor complejidad del tratamiento de aguas residuales consiste en la recogida, procesamiento y eliminación de los lodos, ya que la cantidad producida puede alcanzar el 2% del volumen inicial de las aguas residuales, dependiendo en cierta medida del proceso de tratamiento que se utilice. Debido a que los lodos pueden constituir hasta un 97% del contenido del agua y a que el coste de la eliminación de residuos está relacionado con el volumen de lodos que se procesen, uno de los principales objetivos del tratamiento de lodos, junto con su establización para que no vuelvan a ser inaceptables o perjudiciales para el medio ambiente, consiste en separar la mayor cantidad de agua posible de los sólidos. Los métodos de tratamiento de lodos están diseñados para que cumplan estos dos propósitos.

Nota: Los métodos de tratamiento de lodos se dividen por lo general en tres categorías principales: espesamiento, estabilizacióny deshidratación.

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2.7.1 Producción de biosólidos Los lodos se forman inicialmente cuando se produce entre un 3% y un 7% de suspensión de sólidos. Cada persona genera normalmente entre 10 y 15 l de lodo a la semana, por lo que la cantidad total que se genera cada día, semana, mes y año es considerable. Debido al volumen y a la naturaleza del material, la gestión de lodos constituye un factor principal a la hora de diseñar y poner en funcionamiento las plantas de control de contaminación de aguas.

Nota: Los sólidos que provienen de aguas residuales representan más de la mitad del total de los costes que supone una instalación de tratamiento secundario normal.

Los lodos provenientes de aguas residuales se generan en procesos de tratamiento primarios, secundarios y químicos.

Durante el desarrollo del tratamiento primario, se eliminan los sólidos que flotan o que se sedimentan. El material flotante constituye una parte de los sólidos residuales, que se denomina espumas. Las espumas no se consideran normalmente lodo, aunque tengan que desecharse de forma que se respete el medio ambiente. El material sedimentado que se deposita en el fondo del clarificador se denomina lodo primario. Los lodos primarios también se conocen por ser lodos sin tratar, al no haber sido sometidos a ningún proceso de descomposición. Los lodos primarios sin

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tratar provenientes de una instalación interna corriente son bastante perjudiciales y contienen un alto porcentaje de agua, dos características que dificultan su proceso de manipulación.

Los materiales sólidos que no hayan sido eliminados del clarificador primario se retiran de la unidad primaria. Estos sólidos se denominan sólidos coloidales suspendidos. El sistema de tratamiento secundario (por ejemplo, los filtros percoladores o los lodos activados) está diseñado para transformar los sólidos suspendidos coloidales en sólidos sedimentables que pueden ser desechados. Una vez sedimentados, se eliminan los sólidos del clarificador secundario. Los lodos que se encuentran en el fondo del clarificador secundario se denominan lodos secundarios. Los lodos secundarios son livianos y esponjosos y su procesamiento conlleva un mayor grado de dificultad que el de los lodos primarios, ya que su proceso de deshidratación presenta mayor complejidad.

Si se añaden sustancias químicas e inorgánicas antes del proceso de sedimentación y clarifiación, se producirá un aumento de la retención de sólidos y una disminución de los sólidos que se evacúan a través del efluente. Los productos químicos añadidos conllevan la formación de sólidos de mayor consistencia, lo que hace que se retengan sólidos coloidales o que los sólidos disueltos se conviertan en sólidos sedimentables. Los sólidos que resultan de este proceso se denominan lodos químicos.

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Origen de los sólidos que se procesan en plantas corrientes de tratamiento de aguas residuales Operación o proceso unitario

Tipos de sólidos

Desbaste

Sólidos gruesos

Desarenado

Arena y espumas

Preaireación

Arena y espumas

Sedimentación primaria

Sólidos primarios y espumas

Tratamiento biológico

Sólidos en suspensión

Sedimentación secundaria Plantas de procesamiento de sólidos

Biosólidos secundarios y espumas Sólidos, compost y cenizas

(Eddy, 1999)

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Características de los sólidos y lodos que se producen en el tratamiento de aguas residuales Sólidos y lodos Descripción Desbaste

Arenas

Espumas y aceite

Lodos primarios

Lodos procedentes de la precipitación química

Lodos activados

Lodos de filtros percoladores

Biósolidos producidos por digestión aerobia

Biosólidos producidos por digestión anaerobia

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El desbaste incluye todo tipo de materia orgánica e inorgánica que sea lo suficientemente grande como para ser desechada a través de los tanques donde se hayan almacenado . El contenido orgánico varía en función de las características del sistema y de la estación del año Las arenas están normalmente compuestas de sólidos inorgánicos de mayor peso, que se sedimentan a una velocidad relativamente alta.

Dependiendo de las condiciones de la operación, las arenas pueden también contener cantidades considerables de materia orgánica, especialmente grasas y aceites Las espumas están formadas por materiales flotantes de la superficie de cuencas primarias y secundarias y, por otro lado, de desarenadoras y tanques de contacto de cloro, en caso de que se encuentren en la planta.

Las espumas pueden contener grasas, aceites vegetales y minerales, grasas animales, residuos alimentarios, ceras, jabones, cáscaras de verduras y frutas, cabello, papel y algodón, colillas, plásticos, preservativos, partículas arenosas y materiales similares. La gravedad específica de las espumas es menor de 1,0, ya que se encuentra normalmente en 0,95 Los lodos de cuencas primarias son normalmente grises y limosos y en la mayoría de los casos tienen un olor muy desagradable. Los lodos primarios se pueden tratar fácilmente siempre que se den las circunstancias apropiadas para su operación Los lodos procedentes de la precipitación química con sales metálicas son normalmente de color oscuro, aunque su superficie puede ser rojiza si contienen una gran cantidad de hierro. Los lodos de cal se caracterizan por tener unos tonos grises y marrones. El olor de los lodos químicos es inaguantable y lo es aún peor el de los lodos primarios. Los lodos químicos son en cierta forma limosos, aunque el hidrato de hierro o de aluminio presente en ellos los vuelva gelatinosos. Los restos de lodos que puedan quedar en la cuenca experimentan un proceso de descomposición similar al de los lodos primarios, aunque a un ritmo inferior. Largos períodos de almacenamiento pueden producir grandes cantidades de gases y un aumento de la densidad de los lodos Los lodos activados tienen normalmente un aspecto marrón floculante. Si el color es oscuro, es una señal de que los lodos están alcanzando un estado séptico. Si es color es más claro de lo normal, se habrá producido una subaireación, lo que hará que el proceso de sedimentación de los sólidos se produzca lentamente. Los lodos en buen estado tienen un olor a tierra aceptable. El estado séptico de los lodos se alcanza rápidamente y pasan a tener un olor de putrefacción. Los lodos activados se procesarán más rápido si se hace de forma individual o si se mezclan con lodos primarios El humus de los filtros percoladores es de tono marrón, floculante y tiene un olor aceptable cuando es de reciente formación. Normalmente experimenta un proceso de descomposición de forma más lenta que otros lodos no digeridos. Los lodos de filtros percoladores que contienen gusanos se vuelven rápidamente inofensivos. Los lodos de filtros percoladores se digieren rápidamente Los sólidos producidos por digestión aeróbica tienen un color entre marrón y marrón oscuro y un aspecto floculante. El olor de los mismos es aceptable y normalmente se caracteriza por ser un olor a humedad. Los lodos que se hayan producido de forma óptima mediante digestión aeróbica se deshidratan fácilmente en los lechos de secado Los biosólidos que se producen mediante digestión anaeróbica tienen un color entre marrón oscuro y negro y contienen una gran cantidad de gases. Cuando se ha producido el proceso de digestión de forma completa, el olor es aceptable ya que no es muy fuerte y se parece al del alquitrán caliente, goma quemada o lacre. Cuando el proceso de

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Compost

digestión de los lodos primarios es anaeróbico, estos producen el doble de metano que los lodos activados. Cuando los sólidos se extraen en capas finas y se depositan en lechos porosos, estos se transportan primero a la superficie mediante los gases retenidos, lo que deja una lámina de agua relativamente limpia. El agua fluye rápidamente y permite que los sólidos se depositen lentamente en los lechos. Durante el secado de los sólidos, los gases se expulsan, lo que produce una superficie agrietada, como si se tratara de tierra para el jardín Los suelos compostados tienen normalmente un color entre marrón oscuro y negro, pero puede variar si se han utilizado en el proceso de compostaje agentes de relleno como compost reciclado o astillas de madera. El olor de sólidos que se hayan compostado de forma óptima no es ofensivo y se parece al de los abonos para jardines comerciales

(Eddy, 1999)

Contenido medio de agua en lodos Porcentaje de Proceso de tratamiento de humedad kg Agua/kg sólidos de lodos aguas generados de los lodos, % Sedimentación primaria

95

19

Humus, nivel bajo

93

13,3

Humus, nivel elevado

97

32,3

99

99

Filtro percolador

Lodos activados

(Frank R. Spellman, 2009)

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2.7.1 Pretatamiento El pretratamiento de lodos es normalmente necesario antes del proceso de deshidratación o espesamiento. Esto incluye el desarenado, dilaceración, desbaste, mezcla y almacenamiento para continuar con el tratamiento.

2.7.1.1 Dilaceración La dilaceración consiste en triturar grandes cantidades de los sólidos que contengan los lodos para que se conviertan en partículas de menor tamaño. Este método se utiliza para prevenir problemas que tengan que ver con el funcionamiento de los procesos de tratamiento final. Los dilaceradores reducen el tiempo de limpieza y de mantenimiento del equipo. Los dilaceradores pueden triturar los sólidos contenidos en los lodos entre 6 y 13 mm, dependiendo de las características del diseño.

Dilacerador (parte superior izquierda); cuchillas de un dilacerador (parte inferior izquierda); instalación típica de un dilacerador (derecha)

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2.7.1.2 Desbaste El desbaste de lodos es una alternativa a la dilaceración y permite eliminar materiales fibrosos del lodo. La distancia entre las aperturas del tamizador por las que se eliminan estos materiales se sitúa normalmente entre 3 y 6 mm, aunque puede alcanzar los 10 mm en algunos casos.

Desbaste: (a) esquema e (b) imagen de una instalación de gran tamaño.

(Eddy, 1999)

Desbaste

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2.7.1.3 Desarenado En algunas plantas en las que no se utilizan instalaciones para el desarenado de forma previa a los tanques de sedimentación primarios, o en las que las instalaciones para el desarenado no son adecuadas para el proceso de grandes cantidades de flujos y de arena, será necesario eliminar la arena antes de continuar con el procesamiento de los lodos. Esta operación reduce el deterioro de los sistemas de bombeo y del bombeo de lodos primarios, tuberías y sistemas de espesamiento Cuando se requiere un mayor espesamiento de los lodos primarios, se lleva a cabo el desarenado de lodos. El método más efectivo de desarenado de lodos se practica mediante una fuerza centrífuga en un sistema de flujo para conseguir que las partículas arenosas se separen de los lodos orgánicos. Esta separación se consigue mediante el uso de desarenadores ciclónicos sin partes móviles. Estos dirigen tangencialmente los lodos a una sección de alimentación cilíndrica y se les aplica una fuerza centrífuga. Las partículas arenosas se transportan a la parte exterior de la sección cilíndrica y se expulsan a través de la sección de alimentación cónica. Los lodos orgánicos se expulsan por una salida independiente.

2.7.1.4 Mezcla El proceso de mezcla consiste en la homogeneización de todos los lodos. Los lodos se generan en procesos de tratamiento de aguas primarios, secundarios y avanzados. Los lodos primarios están formados por sólidos sedimentables que han sido transportados a aguas residuales sin tratar. Los lodos secundarios están formados por sólidos biológicos y sólidos sedimentables añadidos. Los lodos que se producen en las aguas residuales están formados por sólidos biológicos y químicos. Los lodos se mezclan para conseguir una combinación más uniforme para las operaciones y procesos de tratamiento finales. Las mezclas uniformes son las más importantes en los sistemas de retención a corto plazo, tales como la deshidratación de lodos, el tratamiento térmico y la incineración.

2.7.1.5 Almacenamiento Antes de que los lodos se sometan a tratamientos como el de deshidratacion o espesamiento, estos deben previamente almacenarse y tratarse. El almacenamiento de lodos es una parte esencial de los tratamientos de aguas residuales y de los sistemas de eliminación de desechos. El almacenamiento de lodos conlleva muchos aspectos positivos, tales como la igualación del flujo de lodos con los tratamientos finales, lo que permite una acumulación de lodos durante el período en el que las instalaciones de procesamientos de lodos no estén operativas y una frecuencia de

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recarga uniforme que mejora las operaciones de espesamiento, acondicionamiento y deshidratación.

2.7.2 Espesamiento El espesamiento se lleva a cabo para eliminar la mayor cantidad de agua posible antes del proceso de deshidratación final de lodos. Esto se lleva a cabo normalmente dejando que los sólidos floten hasta la parte superior del líquido (flotación) o mediante la sedimientación de los sólidos en el fondo (espesamiento por gravedad). Otro método de espesamiento es por filtración a presión, mediante fuerza centrífuga, o por filtración de vacío. Estos procesos ofrecen medios ecónomicos para reducir la carga voluminosa de lodos en etapas posteriores.

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2.7.2.1 Espesamiento por flotación El espesamiento por flotación se usa de forma más eficiente en los lodos provenientes de procesos de tratamiento biológicos de sólidos suspendidos, como es el proceso de lodos activados. El agua reciclada del espesador por flotación se airea bajo presión. Durante este periodo de tiempo, el agua absorbe más aire de lo que lo haría bajo un nivel de presión normal. El flujo reciclado y los aditivos químicos (si se utilizan) se mezclan con el flujo. Cuando se introduce la mezcla en el espesador por flotación, el exceso de aire se expulsa en forma de finas burbujas.

Estas burbujas se incorporan a los sólidos y los elevan hacia la superficie. La acumulación de sólidos en la superficie se denomina torta. La torta se va volviendo más espesa conforme aumenta el número de sólidos que se incorporan en su fondo, y el agua empieza a fluir desde los niveles superiores de la misma. Posteriormente, los sólidos se elevan a una banda inclinada por medio de una rasqueta y se descargan. El líquido restante hace que el tanque quede por debajo de la superficie de los sólidos flotantes, y este se recicla y se vuelve a transportar junto con el resto de aguas residuales para que se lleve a cabo su tratamiento. Normalmente, el rendimiento del espesador por flotación es de entre un 3 y un 5% de sólidos por lodos activados, con un añadido de polímeros, y de entre un 2 y un 4% de sólidos sin un añadido de polímeros.

Espesador por flotación con aire disuelto

(John M. Stubbart, 2006)

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Esquema de un sistema de flotaciรณn con aire disuelto

Funcionamiento de un sistema de flotaciรณn con aire disuelto https://www.youtube.com/watch?v=SUn8fO4J2dQ Instalaciรณn de un sistema de flotaciรณn con aire disuelto

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2.7.2.2 Espesamiento por gravedad El espesamiento por gravedad se ha utilizado en gran medida y durante muchos años en lodos primarios debido a su sencillez y bajo coste. En el espesamiento por gravedad, los lodos se concentran mediante un sistema de sedimentación inducida por gravedad y una compactación de los sólidos presentes en los lodos. Se trata esencialmente de un proceso de sedimentación. Los lodos circulan hacia un tanque similar a los clarificadores circulares que se utilizan en la sedimentación primaria y secundaria.

Los sólidos presentes en los lodos se sedimentan en el fondo y se transportan hasta una tolva mediante un mecanismo de rasquetas. El tipo de lodos que espesan tiene una gran influencia en el rendimiento. Los mejores resultados se obtienen con los lodos primarios. Los lodos primarios puros pueden espesar entre un 1-3% y 10% de sólidos, entre 2 y 4% de sólidos de lodos activados residuales, entre un 7 y 9% de sólidos de desechos de filtros percoladores y entre un 4 y 9% de una combinación de desechos primarios y secundarios Conforme la proporción de lodos (secundarios) aumenta, el espesor de los sólidos sedimentados disminuye. Existen diferentes tipos de diseños de espesadores de lodos.

Mecanismo de rasquetas en un espesador por gravedad

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Esquema de un espesador por gravedad: (a) plan y (b) secci贸n

(Eddy, 1999)

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Rendimiento del proceso de espesamiento por gravedad convencional Alimentación,

Tipos de sólidos

% total de sólidos

Primario (PRI)

Sólidos espesados, % total de sólidos

0.6-6

5-10

1-4

3-6

Contactor biológico rotatorio (CBR)

1-3,5

2-5

Sólidos activados de aguas

0,2-1

2-3

PRI + SAR

3-6

8-15

PRI + FP

2-6

5-9

PRI + CBR

2-6

5-8

3-4.5

10-15

1.5

3

PRI + (SAR + sales de aluminio)

0,2-0.4

4,5-6,5

PRI + SAR producidos mediante

4

8

Filtro percolador (FP)

residuales (SAR)

PRI + cal PRI + (SAR + hierro)

digestión anaeróbica John M. Stubbart, 2006)

A continuación se enumeran algunas de las ventajas y desventajas del espesamiento por gravedad:

Ventajas •

El funcionamiento y mantenimiento del equipo para el espesamiento por gravedad es sencillo

•

Los costes de explotación del espesamiento por gravedad son inferiores a los de otros métodos de espesamiento, como la flotación por aire disuelto (DAF, por sus siglas en inglés), prensas de cinta coladora o espesamiento por centrifugación. Por ejemplo, una operación eficiente de espesamiento por gravedad ahorrará costes en los pasos finales de manipulación de sólidos.

•

Además, las instalaciones que utilizan biosólidos líquidos para la tierra pueden beneficiarse del proceso de espesamiento de diferentes maneras, tal y como se indica a continuación.

•

Reducción del tráfico de camiones en la planta y en la granja.

•

Reducción de costes de transporte.

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•

Las instalaciones de almacenamiento existentes pueden resistir más días de producción de biosólidos.

•

Se pueden utilizar instalaciones de almacenamiento de menor tamaño.

•

Se necesita menos tiempo para transportar los sólidos hasta el vehículo aplicador e incorporar o aplicar los sólidos espesados a la superficie.

•

Se puede satisfacer la demanda de nitrógeno para los cultivos con un nivel de funcionamiento menor del vehículo aplicador, lo que reduce la compactación de la tierra.

Desventajas •

La formación de espumas puede generar olores.

•

Puede aparecer grasa en los brazos y causar un bloqueo. Esto se puede prevenir mediante una eliminación rápida de los residuos o mediante su desecho por la parte trasera.

•

Pueden producirse estados sépticos que generarán olores parecidos al azufre. Esto puede limitarse minimizando los tiempos de retención en el sistema de recolección y en la planta, mediante la utilización de agentes de oxidación.

•

Los líquidos flotantes restantes no contienen concentraciones de sólidos de niveles tan bajos como los que produce un DAF o un espesador por centrifugación. Las cintas coladoras pueden producir líquidos flotantes con un nivel de concentración de sólidos inferior, dependiendo de las características de los sólidos y del equipo.

•

Se necesita un terreno de mayor extensión para el equipo del espesador por gravedad que para una cinta coladora de DAF o un espesador por centrifugación.

•

Las concentraciones de sólidos en los sólidos espesados son normalmente inferiores que para una cinta coladora de DAF o un espesador por centrifugación.

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Imagen de una instalación de un espesador en cuenca

(E. S. Tarleton, R. J. Wakeman, 2007)

Factores que afectan el rendimiento del espesamiento por gravedad Factor

Efecto

Origen de la alimentación de sólidos Frescor de los sólidos de alimentación Concentraciones de sólidos de alta volatilidad Altos niveles de carga hidráulica

Afecta el proceso de espesamiento porque el espesamiento de algunos sólidos es más fácil que el de otros.

Un alto nivel de madurez de los sólidos puede producir estados sépticos Dificulta la sedimentación por gravedad debido a una menor gravedad específica de las partículas Aumenta la velocidad y causa turbulencias que interrumpen la sedimentación y transportan sólidos de menor peso más allá de las presas.

Nivel de carga de sólidos Si los niveles son elevados, se producirá un tiempo de retención menor para la sedimentación. Si los niveles son demasiado bajos, se producirán estados sépticos.

Temperatura y variación de • Las altas temperaturas producen estados sépticos. Las la temperatura de los temperaturas demasiado bajas producen una velocidad contenidos del de sedimentación más baja. Si la temperatura varía, la espesador sedimentación disminuye debido a la estratificación • A medida que la temperatura de los lodos aumenta, lo

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Alta profundidad total de los sólidos

Periodo de almacenamiento de los sólidos Mecanismo y nivel de retirada de sólidos Tratamiento químico

Presencia de agentes bacterioestáticos o agentes de oxidación Incorporación de polímero catiónico Utilización de coagulantes metálicos (sales)

hace también el nivel de actividad biológica, los lodos muestran tendencia a gasificarse y aumentan a un ritmo mayor. Por lo tanto, durante el funcionamiento del proceso en la época de verano, los lodos sedimentados tienen que eliminarse del espesador a un nivel mayor.

Aumenta el rendimiento del proceso de sedimentación mediante la compactación de las capas inferiores, aunque puede que esto conlleve una transportación de los sólidos más allá de las presas Un aumento puede producir estados sépticos. Una disminución puede producir una sedimentación parcial Deben mantenerse para producir un flujo continuo y regular. De no ser así, se producirán turbulencias, estados sépticos, una sedimentación alterada y otras anomalías.

Los productos químicos como el permanganato potásico, polímeros o cloruro férrico mejorarán la sedimentación y la calidad de los líquidos flotantes Permite un tiempo de retención mayor antes de que un estado anaeróbico produzca burbujas de gas y sólidos flotantes.

Ayuda a espesar sólidos activados de aguas residuales y clarificar los líquidos flotantes Aumenta la claridad general de los flujos sobrantes pero tiene poco efecto en las concentraciones de nivel bajo John M. Stubbart, 2006)

Guía de resolución de problemas en el espesamiento por gravedad Indicadores

Olor séptico, sólidos que se elevan

Sólidos espesados que no son lo suficientemente espesos

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Causa probable

Comprobación o control

El nivel de bombeo de los sólidos espesados es demasiado bajo, el nivel general del espesador es demasiado bajo

Compruebe el sistema de bombeo de los sólidos espesados para un funcionamiento correcto. Compruebe el mecanismo de retención del espesador para un funcionamiento correcto

El nivel general de flujo es demasiado elevado; El nivel de bombeo de los sólidos espesados es demasiado elevado; transportación más corta mediante el tanque

Compruebe el nivel general; utilice coloración u otro marcador para comprobar la circulación.

Solución Aumento del nivel de bombeo de los sólidos espesados; aumento del flujo afluente al espesador, una parte del efluente secundario se bombeará al espesador para que el nivel general se sitúe entre16-24 m3/m2d; sólidos afluentes clorados Disminución del nivel de flujo de sólidos afluentes; disminución del nivel de bombeo de los sólidos espesados; compruebe. las presas efluentes y repárelas o renivele; compruebe entrantes que estén

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Gran acumulación de sólidos; objetos externos atrapados en el mecanimos; alineación incorrecta del mecanismo Mecanismo de retención de carga de sólidos de arranque

Aumento del flujo Crecimiento biológico excesivo en superficies y presas (limos, etc.)

Escape de aceite Junta universal, ruidosa o conductora de calor

Sobrecarga de la bomba

Partículas sólidas finas en el efluente

Programación de bombeo afluente deficiente Programa de limpieza inadecuado

produciendo los errores y repárelos o cámbielos de lugar.

Compruebe la Agite el manto de sólidos circulación interior de los de lodos frente a los brazos de barrido brazos de barrido utilizando chorros de agua; aumente el nivel de eliminación de sólidos; intente eliminar objetos externos mediante un dispositivo de detección; si el problema continúa, drene el espesador y compruebe el mecanismo para que la operación se pueda llevar a cabo Ciclo de bombeo Modifique el ciclo de bombeo; reduzca el flujo y aumente el tiempo.

Limpieza frecuente y completa de superficies; utilice cloración.

Fallo en el cierre de la Cierre de la entrada de entrada de aceite aceite Deterioro excesivo, Alineación, lubricación alineación indebida o falta de lubriación

Cambiar el cierre

Sustituya, lubrique o alinée la junta o el conductor como sea necesario Alineación indebida del Compruebe el embalaje; Ajuste el embalaje, embalaje; bomba compruebe si en la limpie la bomba atascada bomba se encuentran residuos.

Sólidos activados de Parte de los sólidos Mejore el aguas residuales activados de aguas acondicionamiento de la residuales (SAR) en el parte de SAR de los sólidos, espese los SAR efluente espesador en un espesador por flotación

(John M. Stubbart, 2006)

2.7.2.3 Espesamiento por centrifugación Las centrífugas se utilizan para espesar y deshidratar lodos. Su utilización en el proceso de espesamiento se limita normalmente a los lodos activados de aguas residuales, ya que las centrífugas tienen un ensamblaje que se atasca fácilmente. El espesamiento por centrifugación

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implica la sedimentación de partículas de lodo bajo la influencia de fuerzas centrífugas. El modelo básico de centrífuga que se utiliza para el espesamiento de lodos es la de disco (o platos).

Esquema de una centrífuga utilizada para el espesamiento de lodos

(Eddy, 1999)

Sistema de centrifugación C típico

2.7.2.4 Máquina de predeshidratación de cinta El desarrollo de máquinas de predeshidratación de cinta surge de la utilización de prensas para la deshidratación de lodos. En la deshidratación de prensa de cinta coladora, especialmente para

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lodos con concentraciones de sólidos de menos de un 2%, el espesamiento efectivo se produce en la sección de drenaje por gravedad de la prensa de cinta coladora. Los sistemas están normalmente diseñados para un máximo de entre un 5 y 7% de sólidos espesados. El equipo desarrollado para el espesamiento consiste en una cinta coladora impulsada por cilindros, que están conducidos a su vez por una unidad conductora de velocidad variable.

Los

lodos

están

acondicionados

con

polímeros

e

integrados

en

una

caja

de

alimentación/distribución en uno de los extremos, donde se distribuyen los lodos de forma equitativa en función de la anchura de la cinta. El agua fluye a través de la cinta mientras que los lodos concentrados son transportados hacia la parte de descarga del espesador. Los lodos son sometidos a un sistema de alta presión mediante una serie de palas situadas a lo largo de la cinta, lo que permite que el agua desechada de los lodos sea transportada a través de la misma. Tras la eliminación de los lodos espesados, la cinta pasa por un ciclo de lavado. La máquina de predeshidratación de cinta se ha utilizado para espesar lodos activados de aguas residuales, lodos producidos mediante digestión anaeróbica y aeróbica y algunos lodos industriales. Se requiere añadir polímeros. Se recomienda una comprobación para verificar que los sólidos espesan en dosis de polímeros normales.

Esquema de una máquina de predeshidratación de cinta

(Eddy, 1999)

Las dosis de polímero para el espesamiento de lodos activados de aguas residuales varía de 3 a 7 kg de polímero seco por tn de sólidos secos.

Entre los principales factores que afectan el rendimiento de la máquina de predeshidratación de cinta se incluyen el tipo de cinta, el acondicionamiento químico, la velocidad de la cinta y las cargas hidráulicas y sólidas.

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Mรกquina de predeshidrataciรณn de cinta en funcionamiento

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2.7.2.5 Espesamiento por tambor rotatorio Los tambores rotatorios también se utilizan para espesar lodos. Un sistema de espesamiento por tambor rotatorio consiste en un sistema de acondicionamiento (incluyendo un sistema de alimentación de polímero) y tamices cilíndricos rotatorios. El polímero se mezcla con lodos disueltos en el tambor de mezcla y acondicionamiento. Los lodos acondicinados pasan posteriormente a través de tambores de tamices rotatorios, que separan los sólidos floculados del agua. Los lodos espesados se extienden por los tambores, mientras que el agua pasa por los tamices. Algunos diseños también permiten incorporar la unidad del tambor rotatorio a un filtro de cinta de presión para combinar el espesamiento con la deshidratación. Los espesadores de tambor rotatorio pueden utilizarse como paso previo al espesamiento, antes de la deshidratración de cinta.

Espesador de tambor rotatorio

(Eddy, 1999)

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2.7.3 Estabilización El objetivo de la estabilización de lodos consiste en :

• • • • • •

Reducir o eliminar las posibilidades de putrefacción; estabilizar la materia orgánica Eliminar los olores ofensivos Eliminar organismos patógenos para que se puedan reutilizar o eliminar Reducir el volumen Producir gases utlizables (metano) Mejorar la deshidratación de los lodos

La forma de eliminar estas condiciones perjudiciales está relacionada principalmente con la reducción biológica del contenido volátil y la incorporación de productos químicos a los sólidos o biosólidos, lo que imposibilita que en ellos puedan sobrevivir microorganismos.

El equipo necesario para la estabilización depende del proceso específico utilizado. Los procesos de estabilización de lodos incluyen:

•

Estabilización química (cloro u óxido de cal)

•

Digestión anaeróbica

•

Digestión aeróbica

•

Digestión aeróbica termófila autotérmica (ATAD)

•

Compostaje

A la hora de diseñar un proceso de estabilización, es importante considerar la cantidad de lodos que tienen que tratarse, la incorporación del proceso de establización con otras unidades de tratamiento y los objetivos del proceso de estabilización. Los objectivos del proceso de estabilización se ven afectados normalmente por normativas existentes o pendientes de ser aprobadas. Si los lodos se utilizan en tierra, tiene que considerarse la reducción de agentes patógenos.

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2.7.3.1 Estabilización química La estabilización química es un proceso por el cual se trata la base de los lodos con productos químicos de diferentes maneras para estabilizar los sólidos presentes en los lodos.

Los dos métodos comunes que se emplean son la estabilización con cal y el uso de cloro.

Estabilización con cal El proceso de estabilización con cal se utiliza para tratar lodos producidos por digestión anaeróbica, residuos sépticos, sólidos residuales activados y residuos sin tratar. El proceso consiste en mezclar una cantidad lo suficientemente grande de cal con lodos para aumentar el pH de la mezcla a un nivel de 12 o superior. Este pH se mantiene durante al menos 2 horas. Esto reduce normalmente los riesgos de que se produzcan infecciones bacteriales y malos olores, mejora el rendimiento de la deshidratación y aporta los medios necesarios para la estabilización de lodos antes de su eliminación final.

Si se añade cal viva, CaO (u otro componente con un alto contenido de cal viva) a los lodos, estos reaccionan de forma inicial con el agua, formando cal hidratada. Esta reacción es exotérmica y puede producir un aumento considerable de la temperatura.

Cuando se utiliza el pretratamiento de lodos con cal antes de la deshidratación, este último proceso se lleva a cabo mediante un filtro de prensa. El pretratamiento con cal se utiliza raramente con centrífugas o mediante prensas de filtros de cinta.

Ventajas • Un producto nutritivo para la tierra conlleva una reducción considerable de los agentes patógenos.

Desventajas • La masa del producto aumenta al añadirle el material alcalino.

• Del mismo modo, muchos gases volátiles y de mal olor se emiten con el método de estabilización con cal, especialmente el amoniaco, lo que requiere una captación y tratamiento mediante sistemas de control de olores como los depuradores químicos o biofiltros.

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Dosis normales de cal para el pretratamiento en la estabilización de lodos Dosis de cal* Tipos de sólidos

Primarios Residuos activados Mezcla por digestión anaeróbica Residuos sépticos

Concentración de

g Ca(OH)2/ kg

sólidos, %

sólidos secos

Rango

Rango

Media

3-6

60-170

120

1-1,5

210-430

300

6-7

140-250

190

1-4,5

90-510

200

*Cantidad de Ca(OH)2 requirida para mantener un pH de 12 durante 30 min

(Eddy, 1999)

En el post-tratamiento con cal, se mezcla cal hidratada y cal viva con lodos deshidratados en una mezcladora de circulación forzada, mezclador de palas, o en un transportador para aumentar el nivel de pH de la mezcla. Se prefiere utilizar cal viva porque la reacción exotérmica de la cal viva y el agua aumenta la temperatura de la mezcla por encima de 50°C, lo que es suficiente para eliminar huevos de lombrices.

Ventajas • La cal seca se puede utilizar, por lo que no se necesita añadir más agua a los lodos deshidratados y no existen requisitos especiales para su deshidratación • Se eliminan los problemas asociados al mantenimiento del equipo para la deshidratación de lodos de cal Desventajas • El post-tratamiento de cal de lodos producidos mediante digestión anaeróbica produce gases malolientes, tales como la trimetilamina

Un sistema de estabilización de post-tratamiento con cal consiste normalmente en un sistema de alimentación mediante cal seca, tranportador de torta de lodos deshidratados y mezclador de lodos de cal. Una buena mezcla es especialmente importante para asegurar el contacto entre la cal y las pequeñas partículas de lodos.

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Sistema típico de post-tratamiento con cal

(Eddy, 1999)

Estabilización con cloro La estabilización mediante la incorporación de cloro se ha desarrollado y comercializado bajo el nombre de la marca registrada "Purifax". El acondicionamiento químico de los lodos con cloro varía en gran medida entre los métodos más tradicionales de digestión biológica y el acondicionamiento por calor. En primer lugar, la reacción es casi instantánea. En segundo lugar, existe una escasa reducción de los sólidos volátiles que se encuentran en los lodos.

La oxidación de cloro se produce en un contenedor cerrado. En este proceso, el cloro (100 to 1000 mg/L) se mezcla con un flujo de sólidos reciclados. El flujo reciclado y el flujo de residuos se mezclan en el reactor. Los sólidos y el agua se separan una vez que se deja el contenedor del reactor. El agua se transporta de nuevo al sistema de tratamiento de aguas residuales y los sólidos tratados se deshidratan para su eliminación.

Ventajas • El proceso se puede poner en funcionamiento de forma intermitente.

Desventajas • Producción de un nivel demasiado bajo de pH y un alto contenido de cloro en los líquidos flotantes.

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2.7.3.2 Estabilización mediante digestión anaeróbica El objetivo de la digestión consiste en alcanzar los dos objetivos del tratamiento de lodos: una disminución del volumen y de la descomposición de materia orgánica altamente putrescible para convertirla en componentes inorgánicos o materia orgánica inerte relativamente estable. Además, la producción de lodos por digestión anaeróbica produce subproductos en forma de gas metano (el principal constituyente del gas natural, que puede utilizarse para calentar o convertirse en electricidad). La digestión de lodos se lleva a cabo mediante organismos anaeróbicos en ausencia de oxígeno libre. Se trata por lo tanto de una descomposición anaeróbica. Un 70% de la materia sólida que se encuentra presente en los lodos sin tratar es orgánica y un 30% es inorgánica o mineral. Gran parte del agua de los lodos de aguas residuales es agua "unida" que no se separa de los sólidos que se encuentran en los lodos. Los organismos anaeróbicos y facultativos descomponen la estructura molecular de estos sólidos liberando el agua "unida" y obteniendo oxígeno y alimentos para su crecimiento.

MORE The anaerobic degradation of domestic sludge occurs in two steps.

In the first step, acid forming bacteria attack the soluble or dissolved solids, such as the sugars.

From these reactions organic acids, at times up to several thousand ppm, and gases, such as carbon dioxide and hydrogen sulfide are formed. This is known as the stage of acid fermentation (acidogenesis) and proceeds rapidly. It is followed by a period of acid digestion in which the organic acids and nitrogenous compounds are attacked and liquefied at a much slower rate.

In

the

second

stage

of

digestion, known

as

the

period of intensive

digestion

(methanogenesis), stabilization and gasification, the more resistant nitrogenous materials, such as the proteins, amino-acids and others, are attacked. The pH value must be maintained from 6.8 to 7.4. Large volumes of gases with a 65 % or higher percentage of methane are produced. The organisms which convert organic acids to methane and carbon dioxide gases are called methane formers. The solids remaining are relatively stable or only slowly putrescible, can be disposed of without creating objectionable conditions and have value in agriculture.

La disminución de materia orgánica, tal y como se mide con los sólidos volátiles, indica la fase en la que se encuentra el proceso de digestión. Los lodos sin tratar contienen normalmente entre un 60% y un 70% de sólidos volátiles, mientras que los lodos producidos mediante una buena digestión no contienen más de un 50%. Esto representa una reducción de alrededor de un 50% de los sólidos volátiles.

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La mayoría de los sistemas de digestión anaeróbica están diseñados para que su funcionamiento tenga lugar en un rango de temperatura mesofílica de entre 30 y 38°C . Otros sistemas están diseñados para que funcionen en un rango de temperatura termofílica de entre 50 y 57°C. Se ha demostrado que la digestión de lodos se puede llevar a cabo a cualquier temperatura, pero el tiempo que se tarda en completar la digestión varía en gran medida en función de la temperatura. Los cambios rápidos de temperatura son también perjudiciales. La temperatura del digestor no debe variar más de ± 1 °C al día. Un bombeo excesivo de cantidades de lodos finos puede causar dismuciones importantes en la temperatura del digestor .

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Esquema de un digestor anaeróbico típico

Los organismos que se forman con el metano son excesivamente sensibles a los cambios de temperatura. A una temperatura de 12 °C, alrededor de un 90% de la digestión deseada se puede completar en unos 55 días. Al aumentar la temperatura disminuye el tiempo, por lo que a 24 °C el tiempo se reduce a 35 días, a 30 °C se reduce a 26 días y a 35 °C a 24 días. El tiempo en el que en teoría se tarda en hacer una digestión de lodos a 35 °C es la mitad de lo que se haría a 15 °C. En efecto, existen valores por encima de estos que no son iguales para todos los tipos de lodos y dependen de la composición de los mismos.

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El tamaño de un digestor anaeróbico se basa en facilitar un tiempo de almacenamiento suficiente en los reactores de mezcla para que se destruyan los sólidos suspendidos volátiles (VSS, por sus siglas en inglés). Los criterios para la definición de tamaños que se han utilizado son los siguientes: (1) tiempo de retención de sólidos (SRT, por sus siglas en inglés), es decir, el tiempo medio durante el que se retienen los sólidos cuando tiene lugar el proceso de digestión y (2) el tiempo de retención hidráulico, es decir, el tiempo medio durante el que el líquido se retiene en el proceso de digestión. Para substratos solubles, el SRT se determina dividiendo la masa de sólidos del reactor (M) entre la masa de sólidos que se eliminan a diario (M/d). El tiempo de retención hidráulico es igual al volumen del líquido del reactor (L3) dividido entre la cantidad de biosólidos eliminados (L3/d). Para los sistemas de digestión sin reciclaje, SRT = t.

Proceso del biogás

Los lodos bien digeridos son de color negro, tienen un olor a alquitrán que no es desagradable y, cuando se retienen en un cilindro de vidrio, presentan una estructura granular y muestran canales definitivos, debido al agua que se eleva hacia la parte superior mientras que los sólidos se depositan en el fondo.

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La cantidad de gases que se produce debe ser relativamente constante si el nivel de alimentación es constante. Una disminución importante de la producción total de gas es un indicador de que el digestor contiene elementos tóxicos. El gas está compuesto normalmente por un 65% de metano, alrededor de un 35% dióxido de carbono y de gases inertes como el nitrógeno. Un porcentaje creciente de dióxido de carbono indica que el proceso de digestión no se está llevando a cabo de forma correcta.

La producción de gas total se calcula normalmente mediante el porcentaje de reducción de sólidos volátiles. Los valores normales oscilan entre 0,75 y 1,12 m3/kg de sólidos volátiles destruidos. La producción de gas también se puede calcular aproximadamente sobre una base per cápita. El rendimiento normal está entre 15 y 22 l/persona en plantas primarias de tratamiento de aguas residuales normales de uso doméstico. En las plantas de tratamiento secundario, la producción de gas aumenta a alrededor de 28 l/persona.

Tanque de almacenamiento de biogás de baja presión

El gas metano a la temperatura y presión estándar (20°C y 1 atm) tiene una potencia calorífica inferior a 36.000 kJ/m3 o 10 kWh/m3 . Debido que el gas del digestor está formado solo por un 65% de metano, la potencia calorífica inferior del gas digestor es aproximandamente de 24.000

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kJ/m3 o 6,7 kWh/m3. En comparación con esto, el gas natural, que es una mezcla de metano, propano y butano, tiene una potencia calorífica de 37.300 kJ/m3 o 10,4 kWh/m3.

Digestores anaeróbicos en una instalación

En las plantas de gran tamaño, el gas digestor se utiliza como combustible para calderas y motores de combustión interna que a su vez se utilizan para bombear aguas residuales, extractores y generar electricidad. El agua caliente de las calderas o de las camisas del motor y que emana de las calderas, se puede utilizar para el calentamiento de lodos y para generar calor, o para las calderas de calentamiento de lodos que funcionen con gas. La recuperación de energía es más eficiente si el generador de fuerza motriz está diseñado para funcionar en caliente, ya que el calor que se desprende a altas temperaturas se puede emplear para un mayor número de usos que el que se desprende a bajas temperaturas .

El gas del digestor se puede utilizar para la cogeneración. La cogeneración se define normalmente como un sistema por el que se genera electricidad y se produce otra forma de energía (normalmente vapor o agua caliente). El gas del digestor se puede utilizar para poner en funcionamiento un motor generador para generar electricidad, por lo que la camisa de agua puede utilizarse para el digestor o para la generación de calor.

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Motor generador de electricidad de biogás (ciclo diésel)

Debido a que el gas del digestor contiene sulfuro de hidrógeno, nitrógeno, partículas y vapor de agua, la limpieza de gases tiene que hacerse normalmente en depuradores húmedos antes de utilizarse en motores de combustión interna. Una concentración excesiva de sulfuro de hidrógeno de aproximadamente 100 ppm por volumen requiere la instalación de un equipo para la eliminación del sulfuro de hidrógeno.

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2.7.3.3 Estabilización mediante digestión aeróbica El equipo utilizado para la digestión aeróbica incluye un tanque de aireación (digestor), cuyo diseño es similar al del tanque de aireación que se utiliza para el proceso de lodos activados. Se necesitan equipos de aireación mecánica o difusa para mantener las condiciones aeróbicas del tanque. También se necesitan equipos para la eliminación de sólidos y líquidos flotantes. Una vez en funcionamiento, los residuos del proceso (lodos) se añaden al digestor y se airean para mantener una concentración de oxígeno disuelto (OD) de 1 mg/L. La aireación también garantiza que los contenidos del tanque estén biez mezclados. Por lo general, la aireación continúa durante un mínimo de 20 días de tiempo de retención. De forma periódica, el proceso de aireación se suspende para favorecer la sedimentación de los sólidos. Los lodos y líquidos flotantes claros se eliminan para que haya más espacio en el digestor. Cuando no queda más volumen disponible, el proceso de mezcla se suspende de 12 a 24 horas, antes de que los sólidos se retiren para ser eliminados. El proceso de comprobación debe incluir alcalinidad, pH, porcentaje de sólidos, porcentaje de sólidos volátiles por lodos afluentes, líquidos flotantes, lodos digeridos y contenidos del digestor.

Un problema típico de funcionamiento asociado al digestor aeróbico es el control de pH. Cuando baja el nivel de pH, esto puede ser por ejemplo un indicador de actividad biológica anormal o de un nivel de alcalinidad afluente bajo. Este problema se soluciona añadiendo alcalinidad (p. ej. cal, bicarbonato).

MORE Aerobic digestion is an extension of the activated sludge aeration process whereby waste primary and secondary sludge are continually aerated for long periods of time. In aerobic digestion the microorganisms extend into the endogenous respiration phase. This is a phase where materials previously stored by the cell are oxidized, with a reduction in the biologically degradable organic matter. This organic matter, from the sludge cells is oxidized to carbon dioxide, water and ammonia. The ammonia is further converted to nitrates as the digestion process proceeds.

Eventually, the oxygen uptake rate levels off and the sludge matter is reduced to inorganic matter and relatively stable volatiles.

The primary advantage of aerobic digestion is that it produces a biologically stable end product suitable for subsequent treatment in a variety of processes. Volatile solids reductions similar to anaerobic digestion are possible.

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Las ventajas principales de la digestión aeróbica son las siguientes: •

Se crea un producto final parecido al humus y con estabilidad biológica.

•

El producto final estable no tiene malos olores, por lo que es posible eliminarlos simplemente en algún terreno, como por ejemplo, en una laguna.

•

Los costes de capital de un sistema aeróbico son bajos en comparación con la digestión anaeróbica y otros sistemas.

•

Los lodos obtenidos por digestión aeróbica cuentan normalmente con buenas características de deshidratación. Cuando se extienden en lechos de secado de arena, drenan bien y se secan rápidamente en caso de que llueva.

•

La reducción de sólidos volátiles es igual a la que se alcanza por digestión anaeróbica.

•

Los líquidos flotantes resultantes de la digestión aeróbica tienen una DBO inferior a los de la digestión anaeróbica. La mayoría de los tests indican que la DBO será inferior a 100 ppm. Esta ventaja es importante porque la eficiencia de muchas plantas de tratamiento se ve reducida como consecuencia de una alta DBO de reciclaje de líquidos flotantes.

•

Se detectan menos problemas de funcionamiento con la digestión aeróbica que con otras formas anaeróbicas más complejas, ya que el sistema es más estable. Por ello, se puede emplear una mano de obra menos cualificada y de menor coste para el funcionamiento de las instalaciones. En comparación con la digestión anaeróbica, se recuperan también más propiedades básicas de los fertilizantes.

La principal desventaja asociada a la digestión aeróbica se basa en los altos costes de energía para su funcionamiento. Esta es la causa de los altos costes de explotación en comparación con la digestión anaeróbica.

Otras dos desventajas de menor importancia son la imposibilidad de producir gas metano y la variedad en la eficiencia de reducción de sólidos en función de los cambios de temperatura.

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Criterios de diseño para digestores aeróbicos Parámetro

Unidades

Valores

a 20 oC

d

40

a 15 oC

d

60

kg/m3*d

1,6 – 4,8

kg O2/kg VSS

2,3

Aireadores mecánicos

kW/103 m3

20-40

Mezcla de aire difusa

m3/m3 * hr

1,2 – 2,4

mg/L

1-2

%

35-50

SRT

Carga de sólidos volátiles Requisitos de oxígeno Requisitos energéticos para la mezcla

Oxígeno residual disuelto en líquido Reducción de los sólidos suspendidos volátiles (Eddy, 1999)

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2.7.3.4 Digestión aeróbica termófila autotérmica (ATAD) (ATAD) representa una variación tanto de la digestión aeróbica convencional como la de oxígeno de alta pureza. En el proceso ATAD, los lodos de alimentación, por lo general, espesan previamente y los reactores se protegen para conservar el calor que se produce de la oxidación de sólidos volátiles durante el proceso de digestión. Las temperaturas termofílicas de funcionamiento (por lo general oscilan entre los 55 y 70°C) se pueden alcanzar sin aportación de calor externa, utilizando para ello el calor generado en el proceso de oxidación microbiológico exotérmico. Por cada kg de sólidos volátiles destruido, se producen entre 5 y 6 kWh de calor . El proceso se denomina autotermal debido a que no se aporta calor de forma suplementaria (aparte del introducido mediante el proceso de aireación y mezcla) .

Esquema del sistema de Digestión Aeróbica Termófila Autotérmica (ATAD)

(Eddy, 1999)

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Ventajas •

Los tiempos de retención requeridos para alcanzar una determinada reducción de sólidos suspendidos disminuyen considerablemente (hasta llegar a entre 5 y 6 d) para conseguir una reducción de sólidos volátiles de entre un 30 y un 50 por ciento, similar a la digestión aeróbica convencional.

•

Funcionamiento sencillo.

•

Se consigue una mayor reducción de bacterias y virus en comparación con la digestión anaeróbica mesofílica.

•

Cuando el reactor está bien mezclado y se mantiene a una temperatura de 55°C o superior, los virus patógenos, bacterias de huevos de helmintos y otros parásitos se reducen a unos niveles que están por debajo de lo perceptible.

Desventajas •

Generación de olores desagradables.

•

Pésimas caracterísicas de deshidratación de los biosólidos ATAD.

•

Falta de nitrificación..

El sistema ATAD se utiliza cada vez más por ser el que produce los lodos con un mayor grado de estabilización.

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2.7.3.5 Compostaje El objetivo del compostaje de lodos es estabilizar la materia orgánica, reducir su volumen y eliminar organismos patógenos. En una operación de compostaje, los sólidos deshidratados se mezclan normalmente con agentes de relleno (p. ej. astillas de madera) y se almacenan hasta que se lleva a cabo el proceso de estabilización biológica. La mezcla de compostaje se ventila durante el almacenamiento para que se aporte el oxígeno suficiente para la oxidación y para prevenir malos olores. Una vez que se estabilizan los sólidos, estos se separan de los agentes de relleno.

Los sólidos compostados se almacenan posteriormente para su tratamiento y se utilizan en terrenos agrícolas o con otros fines beneficiosos.

El rendimiento esperado de la operación de compostaje por porcentaje de reducción de materia volatil y por porcentaje de reducción de humedad oscila entre un 20 y un 30% y entre un 40 y 60% respectivamente.

Además, es necesario señalar que los lodos que han sido sometidos a un proceso de estabilización química no deben de ser compostados, ya que la estabilización química produce diferentes entornos que no son apropiados para que sobrevivan microorganismos ni bacterias de compostaje, a no ser que los lodos se neutralicen y se den las condiciones necesarias para ello.

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MORE

Although composting may be accomplished under anaerobic or aerobic conditions, essentially all municipal wastewater biosolids composting applications are under mostly aerobic conditions (composting is never completely aerobic). Aerobic composting accelerates material decomposition and results in the higher rise in temperature necessary for pathogen destruction. Aerobic composting also minimizes the potential for nuisance odors.

During composting, microorganisms break down organic matter in wastewater solids into carbon dioxide, water, heat, and compost.

As the organic material in the sludge decomposes, the compost heats to temperatures in the pasteurization range of 50 to 70°C , and enteric pathogenic organisms are destroyed.

To ensure optimal conditions for microbial growth, carbon and nitrogen must be present in the proper balance in the mixture being composted. The ideal carbon-to-nitrogen ratio ranges from 25 to 35 parts carbon for each 1 part of nitrogen by weight. A lower ratio can result in ammonia odors.

A higher ratio will not create optimal conditions for microbial growth causing degradation to occur at a slower rate and temperatures to remain below levels required for pathogen destruction.

Wastewater solids are primarily a source of nitrogen and must be mixed with a higher carboncontaining material such as wood chips, sawdust, newspaper, or hulls. In addition to supplying carbon to the composting process, the bulking agent serves to increase the porosity of the mixture.

Porosity is important to ensure that adequate oxygen reaches the composting mass.

Oxygen can be supplied to the composting mass through active means such as blowers and piping or through passive means such as turning to allow more air into the mass. The proper amount of air along with biosolids and bulking agent is important.

The anticipated daily production of biosolids from a wastewater-treatment facility will have a pronounced effect on the alternate composting systems available for use. Biosolids that are stabilized by aerobic or anaerobic digestion prior to composting may result in reducing the size of the composting facilities by up to 40%.

During the composting process, three separate stages of activity and associated temperatures are observed: mesophilic, thermophilic, and cooling .In the initial mesophilic stage, the temperature in the compost pile increases from ambient to approximately 40°C with the appearance of fungi and acid-producing bacteria. As the temperature in the composting mass increases to the thermophilic range of 40 to 70°C, these microorganisms are replaced by thermophilic bacteria, actinomycetes, and thermophilic fungi. It is in the thermophilic temperature range that the maximum degradation

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and stabilization of organic material occur. The cooling stage is characterized by a reduction in microbial activity, and replacement of the thermophilic organisms with mesophilic bacteria and fungi. During the cooling period, further evaporative release of water from the composted material will occur, as well as stabilization of pH and completion of humic acid formation.

Phases during composting as related to carbon dioxide respiration and temperature

(Eddy, 1999)

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Sucesión microbiológica durante el proceso de compostaje

(Gabriel Bitton, 2005)

Los dos métodos principales de compostaje a nivel mundial se denominan agitado y estático. En el método agitado, el material que se somete al proceso de compostaje se agita de manera periódica para introducir oxígeno, para controlar la temperatura y para mezclar el material, con el objetivo de obtener un producto uniforme. En el método estático, el material que se somete al proceso de compostaje se mantiene estático y se introduce aire a través del material de compostaje. Los métodos de compostaje agitados y estáticos más comunes son los de compostaje en pilas estáticas aireadas y compostaje en hileras respectivamente.

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Compostaje en pilas estáticas aireadas El sistema de compostaje en pilas estáticas aireadas está formado por un sistema de ventilación por tubos sobre una fracción orgánica de RSU procesada o un ventilador de escape sobre el que se deposita una mezcla de lodos deshidratados y un agente de relleno. En un sistema de compostaje en pilas estáticas, el agente de volumen está formado por astillas de madera que se mezclan con los lodos deshidratados por medio de una mezcladora de circulación forzada, un mezclador de tambor rotario o un equipo móvil como un cargador delantero.

El proceso de compostaje del material dura de 21 a 28 días, a lo que le sigue normalmente un período de tratamiento de 30 días o más.

La longitud normal de las pilas oscila normalmente entre 2 y 2,5 m .

Una capa de compost cubierto se sitúa normalmente sobre la pila para su aislamiento. Las tuberías de plástico para el drenaje se utilizan normalmente para suministrar aire, y se recomienda que cada tubería contenga un extractor para lograr un control más efectivo de la aireación. Normalmente el desbaste del compost tratado se realiza para reducir la cantidad del producto final que requiere un proceso de eliminación de última fase y para recubrir el agente de relleno. Para mejorar el proceso y el control de olores, un gran número de instalaciones cubren o cierran todas o partes importantes del sistema.

Sistemas de compostaje: en pilas estáticas aireadas

(Eddy, 1999)

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Sistema de compostaje en hileras En un sistema de compostaje en hileras, las operaciones de mezcla y desbaste son similares a las del sistema de compostaje en pilas estáticas aireadas.

Las hileras tienen una extensión de entre 1 y 2 m y de entre 2 y 4,5 m en la base. Estas se voltean y mezclan de forma periódica durante el período de compostaje. En algunos casos se utiliza un sistema mecánico de aireación adicional. El período de compostaje tiene una duración de entre 21 y 28 d.

Con unas condiciones de funcionamiento típicas, las hileras se voltean un mínimo de cinco veces, mientras que la temperatura se mantiene a 55°C o más.

En el sistema de compostaje en hileras, es difícil mantener las condiciones aeróbicas en el área transversal de las hileras. Por lo tanto, la actividad microbiológica en las pilas puede ser aeróbica, facultativa, anaeróbica o presentar varias combinaciones, dependiendo de cuándo y cómo se voltee la pila. El volteo de las hileras genera normalmente olores desagradables.

Esto se produce normalmente cuando se desarrollan condiciones anaeróbicas en el sistema de compostaje en hileras. Existen equipos especializados para mezclar los lodos y el agente de relleno, y voltear las hileras de compostaje. Algunas de las operaciones del proceso de compostaje en hileras están cubiertas o cerradas, de forma similar al sistema de compostaje en pilas estáticas aireadas.

Sistemas de compostaje: compostaje en hileras (izquierda); equipos para el volteo y mejora de las hileras (derecha)

(Eddy, 1999)

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Consideraciones para el diseño de procesos de compostaje aeróbico de lodos •

La mezcla de compost debe incluir alrededor de un 40% de sólidos secos para garantizar un proceso adecuado de compostaje en hileras y en pilas estáticas.

•

El proceso de preparación incluye transportar el compost acabado desde la zona activa de compostaje hasta las áreas de maduración, descomposición y preparación. Normalmente se utilizan tromeles de cribado y trituradoras, ya que la trituración puede ser un proceso anterior o posterior a la maduración. En algunos casos, se prefiere un proceso de desbaste doble, especialmente para cumplir los requisitos de calidad del producto en los mercados hortícolas. El tamaño de las partículas de los productos finales oscila por lo general entre los 6 y 25 mm.

•

La relación inicial C/N debe oscilar entre 25:1 y 35:1 por peso. En relaciones de menor nivel, se desprende la relación de amoniaco. Se debe comprobar el nivel de carbón para garantizar su rápida biodegrabilidad.

•

Los sólidos volátiles de la mezcla de compostaje deben estar por encima de un 30% del contenido total de sólidos.

•

El contenido de humedad de la mezcla de compostaje no debe estar por encima del 60% en los casos de compostaje en pilas estáticas y en hileras.

•

El pH de la mezcla de compostaje debe situarse normalmente en un rango de entre 6 y 9.

Para alcanzar un proceso de descomposición aeróbica óptimo, el pH debe mantenerse en un rango de entre 7 y 7,5.

•

Para conseguir mejores resultados, la temperatura debe mantenerse entre 50 y 55°C durante los primeros días y entre 55 y 60°C durante el resto del período de compostaje activo. Si se permite que la temperatura aumente por encima de los 65°C durante un período de tiempo considerable, la actividad biológica se verá reducida.

•

Si este proceso se lleva a cabo debidamente, es posible eliminar todos los organismos patógenos, algas y gérmenes durante el proceso de compostaje de patógenos. Para alcanzar este nivel de control, la temperatura debe mantenerse entre 60 y 70°C durante 24 horas (compostaje termófilo).

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2.7.3.6 Comparación de métodos de estabilización Nivel de reducción alcanzado con diversos procesos de estabilización de lodos Grado de reducción Posible olor Proceso Patógenos Putrefacción desagradable Estabilización alcalina Bueno Normal Normal Digestión anaeróbica Normal Bueno Bueno Digestión aeróbica Normal Bueno Bueno Digestión aeróbica termófila autotérmica Excelente Bueno Bueno (ATAD) Deficiente a Compostaje Normal Bueno normal Deficiente a Compostaje (termófilo) Excelente Bueno normal (Eddy, 1999)

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2.7.4 Acondicionamiento Antes de que los lodos se sometan a los procesos de deshidratación, necesitan ser acondicionados. El acondicinoamiento de lodos incluye acondicionamiento químico o térmico para mejorar la eficiencia de los procesos finales.

Esto quiere decir que el proceso de acondicionamiento mejora el proceso de deshidratación.

2.7.4.1 Acondicionamiento químico El acondicionamiento químico se basa en el uso de productos químicos inorgánicos, polielectrolitos orgánicos o ambos. Los productos químicos inorgánicos más utlizados son el cloruro férrico y la cal.

Se han utilizado una gran cantidad de productos químicos tales como el ácido sulfúrico, alumbre, cobre clorado, sulfato ferroso o cloruro férrico con o sin cal, entre otros.

Los polímeros orgánicos, introducidos durante la década de los 60, se utilizan para los procesos de espesamiento de lodos y deshidratación. La ventaja que presentan sobre los inorgánicos es que los polímeros no hacen que la cantidad de producción de lodo aumente demasiado: 1 kg de productos químicos inorgánicos añadidos producen 1 kg de lodo extra. El inconveniente de los polímeros es su coste relativamente alto.

Existen tres tipos básicos de polímeros: •

Aniónicos (carga negativa) -- sirven como suplemento de coagulación a los coagulantes de aluminio y hierro, ya que aumenta el nivel de floculación, tamaño y resistencia de las partículas.

•

Catiónicos (carga positiva) -- sirven como coagulantes primarios utilizados de forma individual o en combinación con coagulantes inorgánicos como el sulfato de aluminio.

•

Noniónicos (igual cantidad de grupos cargados positiva y negativamente en monómeros) -sirven como suplemento de coagulación tal y como lo hacen los polímeros aniónicos y catiónicos.

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Proyecto Nireas Niveles normales de polímeros añadidos para el proceso de deshidratación mediante prensas de filtros de cinta y centrífuga de disco (o platos)

Tipo de sólidos

kg/tn sólidos secos Prensas de Centrífuga de disco filtros de (o platos) cinta 1-4 1-2,5

Primarios Primarios y lodos activados de aguas 2-8 residuales Filtro percolador y primarios 2-8 Residuos activados 4-10 Primarios por digestión aeróbica 2-5 Primarios por digestión anaeróbica y 1,5-8,5 residuos activados por aire Primarios por digestión anaeróbica y 2-8 residuos activados por aire (Eddy, 1999)

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2-5 5-8 3-5 2-5 -

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2.7.4.2 Acondicionamiento térmico El tratamiento térmico es un proceso que se ha utilizado para el acondicionamiento y estabilización de lodos, aunque se usa raramente en instalaciones nuevas. Existen dos procesos básicos para el tratamiento térmico de lodos.

El primero, la oxidación del aire húmedo, consiste en la oxidación sin llama de lodos a una temperatura de entre 230 °C y 300 °C y a presiones de alrededor de 80 atm.

El otro proceso, el tratamiento térmico, es similar pero se lleva a cabo a temperaturas de entre 230 °C y 300 °C y a presiones de entre 10 to 20 atm.

El proceso de oxidación del aire húmedo (WAO, por sus siglas en inglés) convierte los lodos en cenizas y el tratamiento térmico mejora su deshidrabilización. El tratamiento a menor temperatura y presión se utiliza en mayor medida que el proceso de oxidación del aire húmedo.

Los gases que se generan en el proceso térmico se canalizan a través de un dispositivo catalítico de postcombustión, a una temperatura de entre 340 °C y 380 °C, aunque también se pueden desodorizar por otros medios. En algunos casos, estos gases se devuelven mediante el sistema de aire difuso en cuencas de aireación para fines de deodorización.

Ventajas •

El tratamiento térmico produce lodos que se deshidratan más fácilmente que con el acondicionamiento químico. Se han conseguido, mediante el tratamiento térmico, sólidos de lodos deshidratados de entre un 30 y 40% (en contraposición a los que tienen entre un 15 y 20 % y que se consiguen mediante el acondicionamiento químico) utlizando niveles de carga relativamente altos en el equipo de deshidratación (de 2 a 3 veces los niveles del acondicionamiento químico).

•

Mediante este proceso también se consigue una desinfección eficaz de los lodos.

Desventajas •

No obstante, el proceso de tratamiento térmico rompe las paredes celulares de los organismos biológicos, lo que genera agua y otros materiales orgánicos unidos al agua .

Esto soluciona el problema de la conversión de materia orgánica en partículas y crea otras finas partículas de materia. La rotura de las células biológicas como resultado del proceso de tratamiento térmico convierte de nuevo lo que eran las células de partículas en agua y sólidos finos. Esto favorece el proceso de deshidratación, aunque crea el problema del

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tratamiento de este líquido altamente contaminante proveniente de las células. El tratamiento de este agua o líquido requiere que se tengan en cuentan una serie de consideraciones para el diseño de la planta, debido a que el contenido orgánico del líquido es extremadamente elevado.

2.7.5 Mezcla El proceso de mezcla juega un papel importante en la mayoría de los procesos de estabilización o acondicionamiento. Sin los sistemas de mezcla, los procesos no pueden alcanzar niveles de eficiencia aceptables. La mezcla puede ser intermitente o continua, aunque independientemente de esta característica, aporta a los organismos los requisitos de alimentación necesarios y ayuda a mantener una temperatura uniforme. Una mezcla intermitente permite la separación y eliminación del líquido sobrante de un digestor de una fase. Con la mezcla continua, la digestión se realiza a un nivel más alto en todo el tanque, por lo que se reduce así la capacidad del tanque que es necesaria. La mezcla continua requiere un segundo digestor o tanque de almacenamiento en el que se puedan depositar los lodos del proceso de digestión, con el objetivo de dejar espacio en el primer digestor para los lodos nuevos y hacer que la separación y la eliminación de los líquidos flotantes sea posible en el digestor secundario.

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2.7.6 Deshidratación de lodos Los lodos digeridos que se eliminan del digestor son aún en su mayor parte líquidos. La deshidratación de lodos se utiliza para reducir el volumen mediante la eliminación de agua, lo que permite que su manejo y eliminación sea más sencillo y más económico. Existen técnicas mecánicas y térmicas para conseguirlo. Los procesos de deshidratación incluyen: •

Filtros de vacío

•

Presas de filtro

•

Centrífugas

•

Hidrociclones

•

Lechos de secado

•

Lechos de raíces

•

Lagunas de lodos

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2.7.6.1 Filtración de vacío Los filtros de vacío para la deshidratación de lodos consisten en un tambor sobre el que se sitúa el medio de filtración compuesto por un tejido de algodón, lana, nailon, dynel, fibra de vidrio, plástico, malla de acero inoxidable o una doble capa de muelles de acero inoxidable. El tambor con eje horizontal se sitúa en un tanque, del que al menos una cuarta parte se encuentra sumergida en lodos acondicionados. Las válvulas y tuberías están organizadas de forma que, mientras que el tambor gira lentamente en los lodos, se le aplica el vacío a la parte interior del medio de filtración, lo que hace que salga agua de los lodos y los separe de la misma. El uso del vacío continúa mientras que el tambor va girando hasta salirse de los lodos y llegar al entorno.

Esto hace que salga agua de los lodos, lo que deja una capa húmeda o torta en la superficie externa. Esta capa se elimina del tambor antes de que vuelva a introducirse en el tanque.

Existen tres tipos principales de filtros rotarios: de tambor, de vacío y de banda.

Los filtros de tambor y banda de vacío utilizan materiales naturales o de fibras sintéticas. En el filtro de tambor, la tela se extiende y se fija en la superficie del tambor. En el filtro de banda, el tejido se extiende en el tambor y a lo largo del sistema de polea. La instalación de la banda requiere varios días. El tejido durará cientos o miles de horas, siempre y cuando se trate con el cuidado necesario. La duración de la banda depende del tejido seleccionado, los productos químicos del acondicionamiento, la frecuencia con la que se utilice y la frecuencia de limpieza (p. ej. baño ácido).

Los medios de filtración siempre pasan por una zona de lavado para eliminar las partículas finas de los medios y reducir la posibilidad de que se atasque antes.

El filtro de tambor consiste en una serie de tuberías que empiezan en una cubierta metálica y una estructura de madera y que conectan el puerto de válvula rotatoria con el tambor. El tambor se encuentra equipado con un conductor de velocidad variable para hacer que el tambor pase de 1/8 a 1 rpm. Normalmente, la recogida de sólidos está relacionada indirectamente con la velocidad del tambor. El tambor se encuentra parcialmente submergido en un tanque en el que se encuentran los lodos acondicionados. Cada vez que se produce, la sumersión se limita a 1/5 o menos de la superficie del filtro.

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Esquema de funcionamiento de un filtro de vacío

(California State University, 2006)

Filtro de vacío de tambor rotatorio

(California State University, 2006)

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Representaci贸n de filtros de vac铆o de tambor rotatorios. (a) Descarga del raspador; (b) Descarga del rodillo; (c) Descarga de cadena; (d) Descarga de cinta ; (e) (Servicios de filtraci贸n); (f) tambor interno

(E. S. Tarleton, R. J. Wakeman, 2007)

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Filtro de vacío de tambor rotatorio en funcionamiento

Consideraciones para su funcionamiento •

Los lodos acondicionados deben filtrarse lo antes posible una vez añadidos los productos químicos y que se haya llevado a cabo el proceso de mezcla apropiado.

•

Una alimentación continua es preferible a un proceso de acondicionamiento por partes. En la filtración de lodos sin tratar, los sólidos de aguas residuales y los lodos de reciente creacción se filtran con mayor facilidad que los lodos de mayor tiempo o sépticos.

•

Los lodos completamente digeridos se filtran más rápido que los que solo se han filtrado en parte.

•

La concentración de lodos que tienen que filtrarse es de gran importancia, ya que los lodos con un contenido más alto de sólidos se filtran normalmente más rápido que los que tienen un bajo contenido de sólidos.

•

La presencia de aceites minerales y residuos de establecimientos de limpieza en seco dificultan el proceso de filtración de lodos. Por lo tanto, estos residuos deben mantenerse fuera del sistema de alcantarillado y desecharse de forma independiente.

•

Los filtros de vacío deben limpiarse después de su uso para que todos los lodos de la unidad drenen. Estos lodos y agua de lavado no deben volver al tanque de almacenamiento de lodos, sino a la alcantarilla o al digestor.

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•

Los lodos que se deshidratan mediante la utilización de filtros de vacío se encuentran acondicionados de forma química antes de la filtración. El acondicionamiento de lodos aumenta el porcentaje de sólidos retenidos por el filtro y mejora las características de deshidratación de los lodos. No obstante, estos lodos acondicionados deben filtrarse lo antes posible una vez que se le han añadido los productos químicos para obtener los resultados deseados.

2.7.6.2 Filtración a presión La filtración a presión se diferencia de la filtración de vacío en que se fuerza a que el líquido se expulse mediante el medio de filtración, utilizando para ello presión positiva en vez de presión de vacío. Al igual que en la filtración de vacío, se utiliza un medio poroso en los filtros de hojas para separar los sólidos del líquido. Los sólidos se retienen en los poros del medio y se acumulan en la superficie del medio, lo que hace que este se refuerce durante la acción de separación de sólidos y líquido. Las bombas de lodo aportan energía para que el agua pase por el medio. Para el acondicionamiento de lodos, antes del proceso de prensado, se han utilizado normalmente cal, cloruro de aluminio, clorhidrato de aluminio y sales férricas. Los filtros de hoja representan un intento por deshidratar lodos de forma rápida y en un espacio reducido. No obstante, cuando se comparan con otros métodos de deshidratación, presentan grandes desventajas, entre las que se encuentran las siguientes: (1) operación por lotes y (2) altos costes de explotación y de mantenimiento. Otros tipos de filtros de prensado incluyen prensas hidráulicas y de husillo que, aunque son eficaces para la deshidratación de lodos, presentan la gran desventaja de requerir una alimentación de lodos espesos. Según fuentes, las tortas de lodos deben contener un 75% de sólidos, utilizando para ello filtración a presión.

Es necesario señalar que los lodos secundarios no se deshidratan tan fácilmente como los primarios, ya que los lodos secundarios contienen sólidos finos y de baja densidad con superficies de gran extensión y grandes cantidades de agua asociadas a los mismos.

Deshidratación mediante filtros de placas y marcos

Los lodos pueden deshidratarse utilizando filtros a presión de placas y marcos. Este proceso funciona presionando el agua para que salga del lodo mediante el uso de placas. El lodo fluye y se coloca entre las placas y los marcos y el agua se expulsa (Presión entre 14 y 17 atm). Las placas se separan y la torta cae en la tolva o en la cinta transportadora.

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Deshidratación mediante filtros de cinta de presión

Los lodos pueden deshidratarse mediante filtros de cinta de presión. Los lodos son sometidos a un proceso de presión entre las cintas y la torta. La torta se introduce en la tolva o en la cinta transportadora Esquema de funcionamiento de un filtro de cinta de presión

John M. Stubbart, 2006)

Esquema de la disposición de la cinta en un filtro de cinta de presión

(E. S. Tarleton, R. J. Wakeman, 2007)

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Filtro de cinta presi贸n y torta de lodos deshidratados producida

Esquema de un sistema de deshidrataci贸n por cinta de presi贸n

(Eddy, 1999)

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Imagen de un filtro de cinta de presión

Datos típicos para varios tipos de lodos deshidratados mediante filtros de cinta de presión Tipo de sólidos de aguas residuales Primarios sin tratar Sólidos activados de aguas residuales sin tratar (SAR) Primarios sin tratar + SAR Primarios por digestión aeróbica SAR por digestión anaeróbica Primarios por digestión anaeróbica + SAR Primarios por digestión aeróbica + SAR SAR activados por oxígeno Primarios por acondicionamiento térmico +SAR

Total de sólidos de alimentación, % 3-10

1-5

Total de sólidos de la torta, % 28-44

0.5-4

1-10

20-35

3-6

1-10

20-35

3-10

1-5

25-36

3-4

2-10

12-22

3-9

2-8

18-44

1-3

2-8

12-20

1-3

4-10

15-23

4-8

0

25-50

Polímero, g/kg

John M. Stubbart, 2006)

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2.7.6.3 Deshidratación centrífuga Las centrífugas son máquinas que separan los sólidos del líquido mediante una fuerza centrífuga y de sedimentación. Una unidad normal de lodo se introduce a través del tubo de entrada situado a lo largo del eje del tazón y a través de un núcleo de la cinta transportadora. La cinta transportadora está situada dentro del tazón cónico que rota. Esta rota a una velocidad inferior que el tazón. A la salida de los lodos por el tubo de alimentación, se acelera la velocidad, pasan por los puertos del eje del transportador y se distribuyen hacia la parte externa del tazón. Los sólidos se depositan en la piscina de líquidos y se compactan por medio de una fuerza centrífuga que los empuja a las paredes del tazón, hasta que la cinta transportadora los sitúa en la zona de secado del tazón. La zona de secado constituye una parte inclinada de la taza donde se continúa el proceso de deshidratación antes de que se descarguen los sólidos. El líquido separado se descarga de forma continua en la prensa de regulación del otro extremo del tazón.

Centrífuga decantadora de tazón sólido

(John M. Stubbart, 2006)

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Centrífuga decantadora

(California State University, 2006)

Durante la deshidratación centrífuga, se utiliza la fuerza centrífuga para acelerar el proceso de separación de las fases de sólidos y líquidos del flujo líquido de lodos. El proceso incluye el aclarado y y compactación de lodos. Las centrífugas separan los lodos en distintas tortas y líquido aclarado, que se denomina resultante.

Existen dos factores que determinan normalmente el éxito o fracaso de un proceso de centrifugación: la sequedad de la torta y la recuperación de sólidos. El efecto de los diferentes parámetros en estos dos factores se indica a continuación:

Aumentar el secado de la torta

Aumentar la recuperación de sólidos

1. Aumentar la velocidad del tazón

1. Aumentar la velocidad del tazón

2. Disminuir el volumen de líquidos

2. Aumentar el volumen de líquidos

3. Disminuir la velocidad del transportador

3. Disminuir la velocidad del transportador

4. Aumentar el nivel de alimentación

4. Disminuir el nivel de alimentación

5. Disminuir la consistencia alimentaria

5. Aumentar la temperatura

6. Aumentar la temperatura

6. Utilizar floculantes

7. No utilizar floculantes

7. Aumentar la consistencia alimentaria

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La centrifugación presenta una serie de ventajas sobre la filtración de vacío y otros procesos utilizados para la deshidratación de lodos.

(1) Es un proceso sencillo, compacto, totalmente cerrado y flexible.

(2) Puede utlizarse sin añadirle productos químicos y a un coste moderado.

(3) En el caso del sector en el que se comercializa, se ha aceptado el uso de centrífugas en parte debido a sus bajos costes de capital, su sencillez de uso y su eficacia con lodos que son difíciles de deshidratar.

Los inconvenientes asociados a la centrifugación son los siguientes: (1) Al no utilizar productos químicos, la retención de sólidos es muy baja y se puede pagar un alto precio por los costes químicos; (2) Los residuos deben normalmente eliminarse de la centrífuga mediante desbaste; (3) Los sólidos de tortas son normalmente inferiores a los que se obtienen por filtración de vacío (4) Altos costes de mantenimiento.

La baja calidad de los resultantes es uno de los grandes problemas de las centrífugas. Los sólidos finos que se encuentran en los resultantes reciclados en las plantas de tratamiento se resisten a veces a sedimentarse y por lo tanto, las concentraciones en el sistema de tratamiento comienzan progresivamente a acumularse. El resultante de la deshidratación de lodos sin tratar puede generar malos olores cuando se recicla. Los floculantes se utilizan para aumentar la retención de sólidos, normalmente al nivel que se desee, al igual que para aumentar de forma material la capacidad (carga de sólidos) de las centrífugas. No obstante, el uso de productos químicos elimina el principal problema que se señala en el uso de centrífugas.

Las centrífugas más eficaces para deshidratar lodos residuales son las horizontales, cilíndricas y cónicas y las de tazón sólido.

Rango de rendimiento esperado de la centrífuga Alimentación,

Torta,

% total de

% total de

sólidos

sólidos

Primarios sin digerir

4-8

25-40

Sólidos activados de aguas

1-4

16-25

Tipos de sólidos de aguas residuales

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residuales (SAR) Sin digerir Primarios + SAR sin digerir

2-4

25-35

1.5-3

16-25

2-4

22-32

Primarios por digestión anaeróbica

2-4

25-35

SAR por digestión aeróbica

1-4

18-21

Alta temperatura aeróbica

4-6

20-25

Alta temperatura anaeróbica

3-6

22-28

Cal estabilizada

4-6

20-28

Primarios + SAR por digestión aeróbica Primarios + SAR por digestión anaeróbica

John M. Stubbart, 2006) Instalación de deshidratación de centrífuga de discos

(Eddy, 1999)

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2.7.6.4 Hidrociclones Estas máquinas pueden considerarse centrífugas de bajo consumo. Los hidrociclones se utilizan para separar partículas sólidas de líquidos de viscosidad media-baja. Tal y como ocurre con los ciclones que se emplean para usos de limpieza de gas, los hidrociclones tienen un diseño sencillo, y el nivel de separación puede alterarse mediante la variación de las condiciones de carga o cambiando las proporciones geométricas. Al contrario de lo que ocurre con otros tipos de equipos para la separación de sólidos-líquido, estos están mejor preparados para la clasificación que para el aclarado, ya que el alto cizallamiento que presenta un hidrociclón aumenta la suspensión de partículas que impiden la floculación. No obstante, si se especifican debidamente las dimensiones y las condiciones de funcionamiento, se pueden utilizar como espesadores, de forma que la descarga contenga en su mayor parte partículas sólidas y que un derrame aclarado constituya la mayor parte del líquido.

Características de un hidrociclón

(Nickolas P. Cheremisinoff, 2002)

Un hidrociclón está formado por una cámara cilíndrica superior (1) y una parte inferior cónica alargada (2). La suspensión se introduce en la cámara cilíndrica (1) mediante la boquilla (3) y de forma tangencial, desde donde el fluido adquiere un intenso movimiento rotativo. Las partículas de mayor tamaño, mediante la acción de la fuerza centrífuga, se desplazan hacia las paredes de la máquina y se concentran en las capas externas del flujo de rotación. Posteriormente, se desplazan con un movimiento en espiral hacia abajo, siguiendo las paredes y hasta la boquilla, (4) a través de la que se eliminan los residuos espesados. La mayor parte del líquido que contiene pequeñas partículas (líquido aclarado) se desplaza en el flujo de espiral interno hacia la parte

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superior del eje del hidrociclón. El líquido aclarado se descarga a través de la boquilla (5) y se fija (6) en la pared divisoria y en la boquilla (7). El funcionamiento del mismo es más complicado de lo que se describe, debido a los flujos circulantes, radiales y cerrados.

2.7.6.5 Lechos de secado Este es uno de los dos métodos de deshidratación más comunes para los que se utiliza energía térmica. Los lechos de secado se emplean normalmente para la deshidratación de lodos digeridos. Los intentos de secar al aire lodos sin tratar generan normalmente problemas de malos olores. Los lechos de secado de lodos están compuestos de tuberías de gres con las juntas abiertas o tuberías de plástico. La grava está cubierta por una capa de arena. Las divisiones que se encuentran en los alrededores y entre los lechos de secado están generalmente expuestas al aire libre, pero pueden cubrirse con cierres de tipo invernadero, donde es necesario deshidratar lodos en climas húmedos. El secado de lodos en lechos de arena se consigue permitiendo que el agua drene desde la masa de lodos, pasando a través de la arena hasta llegar a las tuberías de drenaje y a la evaporación natural del aire. Mientras que los lodos se secan, se crean grietas en la superficie que permiten que la evaporación tenga lugar desde las capas más bajas, lo que acelera el proceso de secado.

Lecho de secado convencional

Existen numerosas variaciones de diseño que se utilizan en los lechos de secado de lodos, entre las que se incluyen la organización de las tuberías de drenaje, el espesor y el tipo de materiales presentes en las capas de grava y arena y los materiales de construcción que se utilizan para las divisiones. La mayor variación reside en si los lechos aparecen cubiertos o no. Cualquier estructura de cubrimiento debe ventilarse adecuadamente. En el pasado, algunos lechos se

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construían sobre fondos lisos de cemento para que se pudiera dar un proceso de drenaje sin tuberías, pero su contrucción no tuvo mucho éxito. El asfalto también se ha utilizado en algunos lechos de secado.

El único cambio lo constituye el agua de drenaje. Normalmente el agua se devuelve al flujo de residuos sin tratar de la planta de tratamiento. No se suele tratar el agua de drenaje antes de volver a ser llevada a la planta. La experiencia es la mejor forma de determinar la longitud de entre 20 y 30 cm .

Los lodos se pueden eliminar mediante el uso de horquillas y palas si el contenido de humedad es de un 60%, aunque si se permite un secado con un 40% de humedad, pesará solo la mitad de lo que pesaba antes y aún será fácil de manejar. Si los lodos se resecan demasiado (entre 10 y 20% de humedad), concentrarán polvo y se complicará su eliminación, puesto que se desquebrejarán durante el proceso. Un gran número de trabajadores de las plantas de tratamiento de menor tamaño utilizan carretillas para transportar los lodos de los lechos de secado. Normalmente se depositan tablas por encima de los lechos para formar una pasarela y que por lo tanto las ruedas de las carretillas no se hundan en la arena. Las carretillas se mantienen cerca del trabajador para que la distancia con el lecho desde donde se saca el lodo no sea muy grande. La mayoría de las plantas utilizan camiones de recogida o de basura para transportar los lodos desde el lecho de secado. Los camiones de basura tienen la ventaja de que la descarga se puede realizar de forma rápida.

Vista transversal de un lecho de secado con malla de alambre

John M. Stubbart, 2006)

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Ventajas • Bajo coste • Requieren poca atención • Alto contenido de sólidos en el producto seco

Desventajas •

Se necesitan grandes espacios

•

Los efectos del cambio climático producen cambios en las características de secado

•

La eliminación de lodos requiere un trabajo intensivo

•

Los lechos de secado atraen mosquitos y generan malos olores

Lecho de secado de arena: (a) plan y vista panorámica y (b) vista transversal. Vista de lechos de secado de lodos con lodos en diferentes fases del proceso de secado

(Eddy, 1999)

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Requisitos de zona para lechos de secado al aire libre con diferentes tipos de biosólidos* Tipos de biosólidos

Área

Nivel de carga de lodos

m2/persona

kg sólidos secos/m2*año

0,1

120-150

0,12-0,16

90-120

0,16-0,23

60-100

0,19-0,23

100-160

Primarios digeridos Primarios y digeridos por humos en filtro percolador Primarios y digeridos por sólidos activados de aguas residuales Primarios y digeridos por precipitación química

*Los requisitos de zona para los lechos cubiertos varía entre un 70 y 75 por ciento de los de los lechos al aire libre (Eddy, 1999)

Lechos de secado sin vegetación en Ghana (izquierda) y lechos de secado sin vegetación y con protección para la lluvia en la planta de tratamiento de aguas residuales de Arcata, Estados Unidos (derecha).

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2.7.6.6 Lechos de raíces Los lechos de secado tienen un aspecto similar a los humedales artificiales de flujo horizontal subsuperficial, que están formados por canales o zanjas rellenos de arena y roca para servir de apoyo a la vegetación creciente. La diferencia entre los lechos de raíces utilizados para la obtención de biosólidos y los humedales artificiales de flujo horizontal subsuperficial, reside en que los biosólidos líquidos se aplican a la superficie (en comparación con los que se utilizan para el área subsuperficial) y los flujos se filtran desde la grava hasta la zona de drenaje del subsuelo.

Lecho de raíces convencional

Al contrario de lo que ocurre con los lechos de secado, no es necesario eliminar los lodos antes de cada nuevo uso, ya que el sistema de raíces de las plantas mantiene la permeabilidad. Los lodos se añaden de forma intermitente una vez a la semana y solo se eliminan cada 5 o 10 años.

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Vista transversal de un lecho de raíces utilizado para la deshidratación y almacenamiento de biosólidos

(Eddy, 1999)

Los lechos de raíces están formados normalmente por grava aluvial y se encuentran distribuidos en las siguientes capas :

(1) Capa de 250 mm de drenaje profundo, compuesta por 20 mm de grava aluvial (2) Capa de 250 mm de drenaje profundo, compuesta por una cantidad que oscila entre 4 y 6 mm de grava aluvial (3) Capa de arena de entre 100 a 150 mm (0,4 a 0,6 mm).

A veces se utiliza una capa incluso más gruesa en el fondo. Se deja al menos 1 m de zona de desagüe por encima de la capa para la acumulación de lodos de 10 años.

Las "phragmites australis” (cañas) se plantan en centros de 300 mm en la capa de grava situada justo debajo de la arena. Aunque se puede utilizar otro tipo de vegetación de humedales, las cañas siguen siendo las más comunes.

La primera aplicación de lodos se realiza una vez que las cañas están bien asentadas. La cosecha de cañas se lleva a cabo normalmente en el invierno, para lo que se les recorta la parte superior con el objetivo de nivelarlas por encima de la banda de lodos. La cosecha es necesaria

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cuando el crecimiento de las plantas es demasiado grueso e incluso dificulta el flujo de lodos. La materia cosechada puede compostarse, quemarse o desecharse en vertederos.

Los niveles de carga de los lechos de raíces oscilan entre 30 y 100 kg/m2*años, en función del origen de los lodos y de las condiciones climáticas. Los lodos líquidos se aplican de forma intermitente, tal y como ocurre en los lechos de secado. La profundidad típica que se alcanza al aplicar los lodos se sitúa entre 75 y 100 mm en un periodo de una semana - 10 d.

Los lechos de secado de lodos con vegetación, también denominados lechos de raíces o humedales artificiales, pueden minimizar la necesidad de tener que desechar lodos frecuentemente, ya que pueden utilizarse durante varios años antes de que esta operación sea necesaria

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2.7.6.7 Lagunas de lodos Las lagunas de secado realizan las mismas funciones que los lechos de secado a la hora de deshidratar lodos digeridos. Las lagunas no son aptas para la deshidratación de lodos sin tratar, lodos de cal o lodos con alto contenido de líquidos flotantes, debido a los males olores y posibles consecuencias perjudiciales. El rendimiento de las lagunas, al igual que el de los lechos de secado, se ve afectado por el clima, ya que las precipitaciones y las bajas temperaturas dificultan el proceso de deshidratación. El uso más frecuente de las lagunas se observa en lugares con altos niveles de evaporación. La deshidratación mediante drenaje subsuperficial y filtración se encuentra limitada debido a la normativa medioambiental y de aguas subterráneas, que es cada vez más exigente. En caso de que exista un acuífero en la parte inferior de la laguna y que pueda ser utilizado para obtener agua potable, será necesario bordear la laguna y limitar considerablemente la filtración.

Los biosólidos se eliminan de forma mecánica, normalmente con un contenido de sólidos que oscila entre un 25 y 30%. El ciclo temporal de las lagunas se encuentra situado entre un periodo de meses a varios años. Los biosólidos se bombean normalmente a la laguna durante 18 meses y se mantienen sin someterse a ningún proceso durante 6 meses. Los criterios de carga de sólidos oscilan entre 36 y 39 kg/m3*años de capacidad de la laguna.

MORE Thls is a technique that relies both on the settling characteristics of sludge and solar evaporation.

The considerable labor involved in sludge drying bed operation may be avoided by the use of sludge lagoons. These lagoons are nothing but excavated areas in which digested sludge is allowed to drain and dry over a period of months or even a year or more . They are usually dug out by bulldozers, or other dirt-moving equipment, with the excavated material used for building up the sides to confine the sludge. Depths may range from 0,5 to 2 m. Areas vary, and although drainage is desirable, it is not usually provided. Digested sludge is drawn as frequently as needed, with successive drawings on top of the previous ones until the lagoon is filled. A second lagoon may then be operated while the filled one is drying. After the sludge has dried enough to be moved, a bulldozer, or a tractor with an end-loader, may be used to scoop out the sludge Although lagoons are simple to construct and operate, there can be problems associated with sizing them. These problems largely arise from uncertainty in estimating the solar evaporative capacity. In semi-arid regions evaporation ponds are a conventional means of disposing of wastewater without contamination of ground or surface waters. Evaporation ponds as defined herein will refer to lined

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retention facilities. Successful use of evaporation for wastewater disposal requires that evaporation equal or exceed the total water input to the system, including precipitation. The net evaporation may be defined as the difference between the evaporation and precipitation during any time period. Evaporation rates are to a great extent dependent upon the characteristics of the water body. Evaporation from small shallow ponds is usually considered to be quite different than that of large lakes mainly due to differences in the rates of heating and cooling of the water bodies because of size and depth differences. Additionally, in semi-arid regions, hot dry air moving from a land surface over a water body will result in higher evaporation rates for smaller water bodies. The evaporation rate of a solution will decrease as the solids and chemical composition increase.

Por lo tanto, las lagunas de lodos pueden caracterizarse como lagunas anaeróbicas.

A continuación se enumeran algunas de las ventajas y desventajas de las lagunas de lodos:

Ventajas •

Son más efectivas para conseguir una estabilización rápida de residuos orgánicos, lo que posibilita la carga orgánica de afluentes

•

Producen metano, que puede utilizarse para la calefacción de edificios, el funcionamiento de motores y generar electricidad. No obstante, la captación de metano puede acarrear problemas operacionales.

•

Producen una menor cantidad de biomasa por unidad de material procesada. Esto conlleva un ahorro de costes en la manipulación y eliminación de lodos.

•

No requieren fuentes de energía adicionales, ya que no necesitan aireación, calefacción o mezcla

•

Su construcción y funcionamiento es menos costoso

•

Las lagunas pueden ponerse en funcionamiento por series

Desventajas •

Requieren una gran extensión de tierra

•

Se pueden detectar emisiones de malos olores

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2.7.7 Reducciรณn del volumen de lodo seco La reducciรณn del volumen de los denominados lodos "secos" con un contenido en sรณlidos que oscila entre un 30 y un 60%, o incluso con un nivel superior, constituye una preocupaciรณn inminente.

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2.7.7.1 Secado térmico El secado térmico consiste en la aplicación de calor para conseguir una evaporación de agua y una reducción del contenido de humedad de los biosólidos incluso mayor que el que se consigue mediante los métodos de deshidratación convencionales. Entre las ventajas del secado térmico se incluyen una disminución del transporte de productos, menor presencia de organismos patógenos, mayor capacidad de almacenamiento y su atractivo para la comercialización.

La clasificación de los secadores se basa en el método principal de transferencia de calor del medio calefactor al lodo. Entre estos métodos se encuentra el secado por convección, por conducción, radiación o una combinación de los mismos.

Secado por convección En los sistemas de secado por convección (secado directo), los lodos húmedos se calientan por contacto directo con el medio calefactor, normalmente gases calientes.

Los secadores directos (por convección) que se han utilizado para el secado de lodos de aguas residuales municipales son los de cinta o banda, tambor rotatorio y los de lecho fluido.

Secadores de cinta o banda El secado de cinta o banda consiste en reducir los lodos con un triturador o por medio de la técnica de suspensión atomizada en presencia de gases calientes. El equipo está diseñado para que las partículas estén en contacto con los gases calientes turbulentos el tiempo suficiente como para transferir la humedad de los lodos a los gases.

En esta operación es posible alcanzar un contenido de humedad de entre un 8 y un 10 %. Los lodos secos se pueden utilizar, venderse para abono o incinerarse en un horno en una proporción de hasta un 100% de su producción.

Secador rotatorio Los secadores rotatorios se utilizan para el secado de lodos primarios sin tratar, lodos activados de aguas residuales y biosólidos primarios digeridos. Un secador rotatorio está formado por una carcasa cilíndrica de acero que se mueve por rodamientos y cuyo eje se sitúa con cierta inclinación sobre el horizontal. La alimentación de lodos se mezcla con una torta de lodos previamente seca en un mezclador situado antes del secador.

Se puede alcanzar un nivel de humedad de entre un 5 a 10 % en esta operación.

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Secador rotatorio

(Eddy, 1999) Secador de lecho fluido Este tipo nuevo de secador tiene la capacidad de producir pellas de forma similar a como lo hacen los sistemas de secador rotatorio. Este sistema de secado tiene ciertos componentes que son similares a los de un secador rotatorio: clasificación de productos y enfriamiento del mismo antes de su almacenamiento y carga. El calor que se requiere para la evaporación se obtiene por el vapor del intercambiador de gases. Se mantiene una temperatura uniforme de 120°C en el lecho a través del contacto directo entre los gránulos de arena y el aire fluidizado.

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Imagen de un reactor de lecho fluidizado

(Eddy, 1999) Secado por conducción En los sistemas de secado por conducción (indirecto), una pared sólida de retención separa los lodos húmedos del medio calefactor, normalmente vapor u otro flujo caliente.

Los secadores indirectos tienen una disposción horizontal o vertical. Los secadores horizontales están compuestos por palas, áreas con huecos y discos que se estructuran en torno a uno o más ejes rotatorios para transportar los biosólidos a través del secador.

Se puede alcanzar un nivel de humedad de entre un 5 a 10 % en esta operación.

Secado por radiación En los sistemas de secado por radiación (por infrarrojos), las lámparas de infrarrojos, elementos de resistencia eléctrica y refractarios incandescentes de gas aportan energía radiante que se transfiere a los lodos húmedos y evapora la humedad.

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2.7.7.2 Incineración La incineración de lodos consiste en la conversión total de sólidos orgánicos en productos finales oxidados, principalmente dióxido de carbono, agua y cenizas. La incineración se utiliza comúnmente en plantas medianas y grandes con opciones limitadas para la eliminación de residuos.

En todos los incineradores, los gases procedentes de la combustión deben mantenerse a una temperatura de entre 650 C y 800 oC hasta que se encuentran totalmente quemados. Este proceso es esencial para prevenir problemas de malos olores provenientes de las salidas de humo. También es necesario mantener las salidas de humo libres de polvo, cenizas volantes y hollín. Esto se puede realizar utilizando una cámara de sedimentación, un separador centrífugo o un precipitador electrostático de Cottrell. La selección del método depende del grado de eficacia de eliminación de residuos que se requiera en la planta.

Todos los tipos de lodos primarios, secundarios, sin tratar o digeridos pueden secarse e incinerarse.

Los lodos primarios sin tratar con un 70% de sólidos volátiles contienen alrededor de 5 kwh por 1 kg de sólidos secos y, una vez que comienza el proceso de combustión, su incineración se lleva a cabo sin combustible adicional. De hecho, suele quedar un exceso de calor tras el proceso. Este proceso es autógeno y siempre tiene lugar cuando el contenido volátil de la torta de lodo es lo suficientemente elevado (>50-60%).

Los lodos digeridos a veces requieren combustible adicional, dependiendo del contenido de humedad de la torta, el porcentaje de sólidos volátiles o el grado de digestión. Los lodos activados sin tratar requieren por lo general combustible adicional para su secado e incineración. De todas formas, se necesita combustible adicional para que empiece a funcionar y hasta que se haya establecido el proceso de combustión de sólidos.

La incineración de lodos es cada vez más común a nivel mundial, especialmente en plantas de gran tamaño. Tiene las ventajas de ser un proceso económico, que no genera olores ni depende de las condiciones atmosféricas y reduce en gran medida el volumen y peso del producto final que se elimina.

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Las plantas de tratamiento de aguas residuales deben tener un tamaño mínimo para que el proceso de incineración sea rentable. Debe haber suficiente lodo para justificar el uso razonable de un equipo tan costoso. Una de las dificultades del funcionamiento de un incinerador se basa en el tonelaje y la humedad del lodo que se trata.

Las principales ventajas de la incineración son las siguientes: •

Reducción del volumen máximo, por lo que disminuyen los requisitos de eliminación de residuos

•

Destrucción de organismos patógenos y componenes tóxicos

•

Posible recuperación de energía

Entre las desventajas se incluyen las siguientes: •

Altos costes de capital y de explotación

•

Se requieren empleados altamente cualificados para su funcionamiento y mantenimiento

•

Los productos residuales (emisiones de gases y cenizas) tienen efectos perjudiciales para el medio ambiente

•

Los residuos que se eliminen se considerarán peligrosos si exceden la cantidad de componentes contaminantes establecida.

Existen dos tipos principales de tecnologías de incineración que se utilizan en este proceso. Se trata (1) de los hornos de solera múltiple y (2) los hornos de lecho fluidizado.

Normalmente un horno forma parte de un sistema de tratamiento de lodos que incluye el espesamiento de lodos, maceración, deshidratación (con filtros de vacío, centrífugas o filtros de prensa), un sistema de alimentación del incinerador, dispositivos de control de la contaminación aérea, instalaciones para el tratamiento de cenizas y controles automáticos relacionados. El incinerador no puede funcionar sin estos componentes del sistema. También es de especial relevancia el funcionamiento de los procesos de espesamiento y deshidratación ya que el contenido de humedad de los lodos constituye la principal variable que afecta el consumo de combustible del incinerador.

Los lodos residuales tales como la torta de lodo contienen normalmetne entre un 55 y un 85% de humedad. Su incineración no puede llevarse a cabo hasta que el contenido de humedad se haya reducido a niveles que no estén por encima de un 30%. El objetivo del proceso de incineración es

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reducir al mínimo el volumen de la torta de lodos y que quede convertida en cenizas estériles. Los tres objetivos que tiene que cumplir el proceso de incineración son los siguientes:

1. Secar la torta de lodos 2. Destruir el contenido volátil mediante la incineración 3. Producir residuos estériles o cenizas

Existen cuatro tipos básicos de incineradores que se utilizan en plantas de tratamiento de aguas residuales. Entre estos se encuentran el incinerador de solera múltiple, el incinerador de lecho fluidizado, horno eléctrico y horno ciclónico

Incinerador de solera múltiple En la siguiente figura se muestra la disposición y características básicas del incinerador de solera múltipe. La torta de lodo se introduce por la parte superior del horno. El interior del horno está compuesto por una serie de soleras refractarias circulares, dispuestas una encima de la otra.

En un horno existen normalmente entre cinco y nueve soleras.

Incinerador convencional de solera múltiple

(Eddy, 1999)

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Llamas durante el proceso de incineraciĂłn con horno de solera mĂşltiple

(California State University, 2006)

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Incinerador de lecho fluidizado En la siguiente figura se muestra la disposición y características básicas de un incinerador de lecho fluidizado. Esta tecnología existe desde principios de los años 60. En este sistema, el aire se introduce por la entrada de aire fluidizante a una presión de entre 0,2 y 0,5 bar. El aire pasa por el muelle que mantiene la arena y crea la fluidización del lecho de arena. La torta de lodo se introduce en el lecho. El flujo de arena fluidizante debe controlarse con detenimiento para evitar que el lodo flote en el lecho. La fluidización aporta un contacto máximo del aire con la superficie de los lodos para conseguir una combustión óptima. El proceso de secado es casi instantáneo. La humedad se convierte en vapor al entrar en contacto con el lecho caliente.

Algunas de las ventajas de este sistema residen en que el lecho de arena actúa como disipador térmico. Por lo tanto, una vez que termina el proceso la pérdida de calor es mínima. Al retener este calor, el sistema solo necesita una o dos horas de calentamiento para reiniciarse, después de encontrarse inactivo durante un fin de semana. El lecho de arena debe mantenerse al menos a 650 oC cuando está en funcionamiento.

Incinerador de lecho de secado convencional

(Eddy, 1999)

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Esquema de un incinerador de lecho fluidizado - TecnologĂ­a de lecho burbujeante

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Esquema de un incinerador de lecho fluidizado - TecnologĂ­a de lecho circulante

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Horno eléctrico En la siguiente figura se muestran las características principales de un horno eléctrico. El horno eléctrico constituye un sistema de cinta transportadora que recorre una cámara refractaria de forma alargada y rectangular. El calor lo aportan los elementos calefactores por infrarrojos que se encuentran en el horno. El aire de refrigeración evita que se formen puntos de calor en las áreas que rodean los calentadores y se usa como aire de combustión secundario dentro del horno. La cinta transportadora está elaborada con tejidos de aleación metálica que soportan unas temperaturas de entre 700 oC y 850 oC. Los lodos de la cinta se nivelan de forma inmediata hasta alcanzar entre 2-3 cm. La velocidad de la cinta permite la combustión de los lodos sin que se produzca ningún tipo de problema.

Incinerador convencional de horno eléctrico

(Nickolas P. Cheremisinoff, 2002)

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Horno ciclónico En la siguiente figura se muestran las principales características de un horno ciclónico. Un horno ciclónico consiste en una unidad de solera en movimiento y pivotes metálicos inmóviles. Los lodos se transportan hasta el centro de la solera, donde se descargan en forma de ceniza . El horno consiste en una carcasa cilíndrica refractaria con una parte superior en forma de cúpula. El aire, calentado a través de la introducción inmediata de combustible adicional, crea un fuerte movimiento en espiral que facilita una buena mezcla de aire y alimentación de lodos. El aire, que después se convierte en gas, se eleva mediante movimientos en espiral en un flujo ciclónico y a través de la chimenea de descarga situada en el centro del techo en forma de cúpula. Una de las ventajas de estos hornos es que su tamaño es relativamente pequeño y en una hora pueden ponerse en funcionamiento a la temperatura requerida.

Incinerador convencional de horno ciclónico

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Resumen de los procesos realizados a altas temperaturas Los procesos realizados a altas temperaturas se llevan a cabo en lugares donde el terreno disponible es limitado, existe una normativa estricta para la eliminación de residuos en tierra, se requiere la destrucción de materiales tóxicos o existe la posibilidad de que se pueda recuperar energía, ya sea únicamente a través de los sólidos de aguas residuales o en combinación con los desechos municipales.

Entre las posibles ventajas de los procesos que se llevan a cabo a altas temperaturas en comparación con otros métodos, se pueden señalar las siguientes: •

Reducción máxima de volumen. Reducción del volumen y peso de la torta de lodo húmedo en un 95% aproximadamente, por lo que se limitan los requisitos de eliminación.

•

Desintoxicación. Destruye o reduce los elementos tóxicos que pueden tener un impacto medioambiental perjudicial

•

Recuperación de energía. Posible recuperación de energía mediante la combustión de productos de desecho, por lo que se reduce el gasto de energía general.

Entre las desventajas de los procesos que se realizan a altas temperaturas se encuentran las siguientes: •

Coste. Los costes de capital, explotación y mantenimiento, incluyendo los costes de combustible, son por lo general más elevados que otras alternativas para la eliminación de residuos.

•

Problemas de funcionamiento. Un funcionamiento a alta temperatura crea altos requisitos para el mantenimiento del equipo y reduce su fiabilidad.

•

Empleados. Se necesitan empleados altamente cualificados y con experiencia para los procesos que se realicen a altas temperaturas. Los sueldos municipales y el estatus del trabajador tienen que aumentar en muchos lugares para atraer al personal adecuado.

•

Impacto medioambiental. Las descargas en la atmósfera (partículas y otras emisiones tóxicas o perjudiciales), aguas superficiales (agua de limpieza) y tierra (residuos de los hornos)

requieren

un

tratamiento

extensivo

para

garantizar

la

protección

del

medioambiente.

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2.7.8 Manipulación de lodos Lo que queda después de todos los procesos son lodos. No existe un proceso final de destrucción de lodos. Por lo tanto, la solución final de ingeniería reside en cómo llevar a cabo el proceso de manipulación final de estos residuos. Se trata simplemente de saber cuándo seleccionar una tecnología para prevenir la contaminación o una opción final de eliminación de desechos.

Tal y como ocurre con el líquido afluente de las plantas de tratamiento, existen dos métodos para la eliminación de lodos: eliminación en el agua o en tierra.

No obstante, antes de nada hay que tener en cuenta cómo se puede llevar a cabo un transporte de lodos sin riesgos.

2.7.8.1 Transporte de lodos

Prácticas para prevenir que las vías públicas se ensucien con barro o biosólidos •

Los vehículos transportadores de biosólidos deben de limpiarse antes de salir de la planta de tratamiento.

•

Las plataformas de descarga de cemento o asfalto de las instalaciones de almacenamiento tienen que contribuir a que el equipo esté limpio y los goteos o vertidos se limpien fácilmente.

•

Las instalaciones de almacenamiento deben tener el material adecuado para la limpieza de camiones y equipos cuando sea necesario. El barro de las ruedas o vehículos puede ser eliminado de forma manual o mediante lavados a alta presión o con aire comprimido (siempre y cuando no se agrave un problema previamente existente relacionado con el polvo).

•

Utilizar guardabarros en los remolques para evitar que los biosólidos se peguen a las ruedas o debajo del vehículo durante el proceso de descarga.

•

Instalar una plataforma de grava de acceso temporal para la entrada y salida, con el objetivo de evitar que se formen baches en la carretera y que se llene de barro.

•

Durante los periodos de funcionamiento, las vías públicas deberían ser inspeccionadas a diario y ser sometidas a un sistema de limpieza adecuado (pala y escoba).

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2.7.8.2 Vertidos en el agua Una opción que se tiene que tener en cuenta es la eliminación de residuos en el agua. Es un método económico pero no muy común, ya que depende de la disponibilidad del agua que exista para que este proceso se pueda llevar a cabo. En algunas ciudades de costa, los lodos sin tratar o digeridos se bombean a barcos y se transportan al mar para eliminarlos en aguas profundas y lejos de la orilla, donde se reúnan los factores que faciliten su disolución y se eviten los efectos nocivos que tendrían en la orilla.

En general, esta opción es perjudicial para el medio ambiente, ya que no difiere de la eliminación de residuos en vertederos, lo que presenta incluso mayor gravedad .

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2.7.8.3 Vertidos en el suelo Para la eliminación subterránea de desechos existen los siguientes métodos: •

Enterramiento

•

Relleno sanitario

El enterramiento se utiliza principalmente para los lodos sin tratar, en los casos en los que, a no ser que estén cubiertos por tierra, generen fuertes olores desagradables. Los lodos se colocan en diferentes zanjas de entre 0,5 y 1 m de ancho y con alrededor de 0,5 m de profundidad. Los lodos sin tratar que se depositan en las zanjas deben cubrirse con al menos 30 cm de tierra. En los lugares donde existan grandes extensiones de tierra, el enterramiento de lodos sin tratar se convierte probablemente en el método más económico de eliminación de lodos, ya que elimina los costes de todos los procesos de tratamiento de lodos. No obstante, se usa en contadas ocasiones e incluso de forma temporal en función de la extensión de tierra que se necesite. Los lodos que se han depositado en las zanjas se mantienen húmedos y con malos olores durante años, por lo que una misma zona no puede reutilizarse para estos u otros fines durante un largo período .

La opción de utilizar lodos para el relleno sanitario se usa prácticamente de manera única con los lodos digeridos, ya que pueden ser expuestos a la atmósfera sin crear ni extender los posibles problemas relacionados con los malos olores. Los lodos deben estar bien digeridos y no contener en la mezcla cantidades apreciables sin tratar o digerir. Los lodos húmedos o parcialmente deshidratados, como los que se obtienen de los lechos de secado o filtros de vacío, pueden utilizarse para rellenos sanitarios. En los lugares donde se utilizan lodos húmedos, la zona se convierte en una laguna de lodos. Cuando se utiliza como método de eliminación de residuos , se emplea la zona de la laguna hasta que se rellena completamente y posteriormente se abandona.

Cuando se utiliza como método de tratamiento, los lodos se retiran después de un cierto período de secado, hasta proceder a su eliminación final y que la laguna pueda volver a utilizarse. Las lagunas que se utilizan para el desecho de residuos son de una profundidad mediana. Los lodos se van añadiendo en capas sucesivas hasta que se completa la laguna. El desecho final de los lodos digeridos en las lagunas no presenta costes elevados, ya que se eliminan los tratamientos de deshidratación posteriores. No obstante, este proceso solo puede llevarse a cabo en plantas de tratamiento o con instalaciones que contengan tuberías con la separación adecuada.

Es necesario señalar que estas opciones son soluciones temporales y tienen igualmente un impacto medioambiental negativo. Por lo tanto, no son soluciones que respeten el medio ambiente

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y constituyen igualmente tecnologías finales de eliminación de desechos que añaden costes al tratamiento de los mismos.

2.7.8.4 Uso para abonos Abonos

Los lodos primarios sin tratar, a no ser que estén compostados, no constituyen un abono recomendable, por los efectos que tienen en el suelo y en las plantas en crecimiento, ya que presentan riesgos para la salud.

Los lodos activados sin tratar, después del proceso de secado térmico, se convierten en un producto de lodo de calidad. Estos lodos mantienen la mayor parte de los sólidos orgánicos y contienen más nitrógeno que otros tipos de lodos.

Los sólidos digeridos de los procesos de tratamiento de residuos son materiales de valor moderado pero garantizado, ya que proporcionan nitrógeno y algo de fósforo de forma progresiva.

Pueden compararse con los fertilizantes agrícolas, con la única excepción de que no contienen potasa. El valor principal de estos reside en el contenido en humus que presentan, lo que deriva en una mayor capacidad de retención de humedad del suelo y un cambio en su estructura. Esto conlleva a su vez un mayor grado de friabilidad.

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2.7.9 Cรกlculos La ecuaciรณn bรกsica que se utiliza para calcular el porcentaje de sรณlidos es la siguiente:

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Problema Determinar el volumen líquido antes y después de la digestión y la reducción del porcentaje para 500 kg (en base seca) de lodos primarios con las siguientes características: Primarios

Digeridos

Sólidos, %

5

10

Materia volátil, %

60

60 (destruidos)

Gravedad específica de los sólidos fijos,Ss

2.5

2.5

Gravedad específica de los sólidos

≈1,0

≈1,0

volátiles,Sv

Solución Gravedad específica media de todos los sólidos de los lodos primarios Sx= Materia volátil x Sv + Materia no volátil x Ss Sx = 60% * 1 + 40% * 2,5 = 1,32 Gravedad específica de los lodos primarios S= Sólidos % * Sx + Agua % * Sw S= 5% * 1,32 + 95% * 1 = 1,01 Volumen de los lodos primarios V=

= 9,9 m3

Gravedad específica media de todos los sólidos de los lodos después de la digestión Sx’= Materia volátil x Sv + Materia no volátil x Ss Sx’ = 60%*40% * 1 + 40% * 2,5 = 1,24 Gravedad específica de los lodos después de la digestión S’= Sólidos % * Sx + Agua % * Sw S’= 10% * 1,24 + 90% * 1 = 1,024 Materia volátil digerida 500 kg *60% * 60% = 180 kg Volumen de lodos después de la digestión V=

= 3,125 m3

Porcentaje de reducción de lodos después de la digestión 9,9 – 3,125 / 9,9 = 68,4 %

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2.7.10

Diagrama de flujo general Diagrama de flujo general del procesamiento de lodos

(Eddy, 1999)

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2.7.11

Glosario

Aeróbico - Que ocurre o se mantiene activo en presencia de oxígeno. Se refiere especialmente a microorganismos y a la descomposición de materia orgánica Anaeróbico - Que ocurre o se mantiene activo sin oxígeno (p. ej. microorganismos anaeróbicos).

Biosólidos - Sólidos orgánicos procedentes del tratamiento de aguas residuales municipales y que pueden utilizarse positivamente. Se trata de sólidos procedentes del tratamiento de aguas residuales que han sido sometidos a una serie de procesos para disminuir considerablemente los organismos patógenos presentes en los mismos. Sólidos: el contenido líquido de los sólidos puede variar: biosólidos líquidos, 1%-4% de sólidos; biosólidos líquidos espesados, 4%- 12% de sólidos; biosólidos deshidratados, 12%-45% de sólidos; biosólidos secos, >50% de sólidos (avanzados, estabilizados con alcalina, compost, sometidos a secado térmico). En general, los biosólidos líquidos y los líquidos espesados pueden manipularse con una bomba. Los biosólidos deshidratados/secos se manipulan con un cargador.

Torta - Biosólidos deshidratados con una alta concentración de sólidos (>12%) , lo que permite su manipulación como materiales sólidos. (Es necesario señalar que algunos agentes de deshidratación pueden causar la disminución de su volumen, incluso con contenidos sólidos de más de un 12%).

Compostaje - Descomposición acelerada de materia orgánica por medio de microorganismos, lo que viene acompañado de un aumento de la temperatura. En el caso de los biosólidos, el compostaje es normalmente un proceso aeróbico controlado.

Biosólidos deshidratados - Residuos sólidos (12% o más del total de sólidos por peso) que quedan tras la eliminación del agua de los biosólidos líquidos. Esto se consigue mediante un proceso de drenaje, prensado, filtrado y de centrifugación. La deshidratación se diferencia del espesamiento en el hecho de que los biosólidos deshidratados pueden transportarse, utilizando para ello procedimientos de manejo de sólidos.

Digestión - Descomposición de materia orgánica por parte de microorganismos, lo que conlleva una disminución de su volumen. La digestión anaeróbica produce dióxido de carbono y metano, mientras que la digestión aeróbica produce dióxido de carbono y agua.

Laguna - Pantano o lago que se crea para albergar agua, sedimentos y otros abonos, con un contenido de sólidos que se sitúa normalmente entre un 4% y 12% hasta que se recogen para su aplicación sobre el terreno.

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Aplicación sobre el terreno - Propagación de biosólidos en la superficie de la tierra, inyección directa de biosólidos en el subsuelo o incorporación de los mismos a la capa superficial del suelo.

También incluye la utilización de abonos y otros residuos orgánicos Estabilidad - Características de un material que contribuyen a que este muestre resistencia ante el proceso de descomposición con microbios y ante la generación de metabolitos de mal olor.

Entre las características más importantes se encuentra el nivel de descomposición de la materia orgánica, nutrientes, humedad, contenido en sales, pH y temperatura. En el caso de los biosólidos, compost o abonos animales, el término estabilidad se utiliza para describir la calidad del material en función de su origen, procesamiento y usos previstos.

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2.7.12

Preguntas y respuestas

Preguntas

1. ¿Cuál es la función principal del espesamiento de lodos?

2. ¿Cómo afecta la temperatura de los lodos a la eficiencia de los espesadores por gravedad y qué medida debe tenerse en cuenta durante su funcionamiento en la época de verano para reducir la producción de gases y el aumento de lodos?

3. ¿Por qué no se utilizan normalmente las centrífugas para el espesamiento de lodos primarios?

4. Enumera los factores que afectan el rendimiento del espesamiento de cinta.

5. ¿Cuáles son los objetivos de la estabilización?

6. Enumera los factores que afectan la digestión anaeróbica.

7. Enumera los factores que afectan la digestión aeróbica.

8. ¿Cómo afecta la temperatura al rendimiento del digestor aeróbico?

9. Enumera dos productos químicos que se utilizan para la estabilización de lodos 10. ¿Por qué no es recomendable el funcionamiento continuo de un tratamiento térmico?

11. ¿Cuál es el principal objetivo de la deshidratación de lodos?

12. Los datos de rendimiento medio indican que los lodos secundarios no se deshidratan tan fácilmente como los primarios. ¿A qué se debe?

13. ¿Por qué el medio de filtración en la filtración de vacío pasa por una zona de lavado?

14. ¿Por qué los lodos estabilizados mediante procedimientos químicos no se someten al proceso de compostaje?

15. ¿En qué consiste la combustión autógena?

16. El proceso de espesamiento se lleva a cabo para aumentar el peso de los lodos en la medida de lo posible. ¿Verdadero o falso?

17. Los mejores resultados en el espesamiento por gravedad se consiguen con lodos primarios. ¿Verdadero o falso?

18. El espesamiento por gravedad supone unos costes de explotación menores que cualquier otro tipo de método de espesamiento. ¿Verdadero o falso?

19. El objetivo de la estabilización de lodos es conseguir un menor nivel de compresibilidad en los lodos. ¿Verdadero o falso?

20. Cuando se produce la estabilización con cal, aumenta la masa del producto final. ¿Verdadero o falso?

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21. La digestión aeróbica de lodos produce un subproducto de valor en forma de gas metano. ¿Verdadero o falso?

22. La temperatura del digestor puede aumentar hasta ± 5 °C al día en un digestor anaeróbico. ¿Verdadero o falso?

23. La aireación en la digestión aeróbica continúa con un tiempo de retención de un mínimo de 5 días. ¿Verdadero o falso?

24. Las temperaturas de funcionamiento termofílicas no pueden alcanzarse sin el calor externo de la digestión aeróbica termófila. ¿Verdadero o falso?

25. Los dos principales métodos de compostaje del mundo son el agitado y el estático. ¿Verdadero o falso?

26. Con la digestión aeróbica termófila autotérmica y los métodos de compostaje termofílicos se puede alcanzar un mayor grado de eliminación de organismos patógenos. ¿Verdadero o falso?

27. Con los procesos de secado térmico es posible alcanzar un contenido de humedad de entre 5 y 10 % . ¿Verdadero o falso?

28. Con los procesos de incineración no se puede conseguir la destrucción total de organismos patógenos y componentes tóxicos. ¿Verdadero o falso?

29. Solo con los procesos que se realizan a altas temperaturas se puede alcanzar una reducción máxima del volumen de lodos. ¿Verdero o falso?

30. 1 tn de lodos primarios con un 5% de sólidos significa que la cantidad total de sólidos en base seca contenidos en el lodo es de 50 kg. ¿Verdadero o falso?

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Respuestas 1. La función principal del espesamiento de lodos consiste en reducir el volumen de lodos que tiene que manipularse en procesos posteriores.

2. A medida que la temperatura de los lodos aumenta, lo hace también el nivel de actividad biológica, los lodos muestran tendencia a gasificarse y aumentan a un ritmo mayor. Por lo tanto, durante el funcionamiento del proceso en la época de verano, los lodos sedimentados tienen que eliminarse del espesador a un nivel mayor.

3. Las centrífugas no se utilizan normalmente para el espesamiento de lodos primarios, ya que contienen un ensamblaje interno que se atasca fácilmente.

4. Entre los principales factores que afectan el rendimiento de la máquina de predeshidratación de cinta se incluyen el tipo de cinta, el acondicionamiento químico, la velocidad de la cinta y las cargas hidráulicas y sólidas.

5. El objetivo de la estabilización de lodos consiste en:

• • • • • •

Reducir o eliminar las posibilidades de putrefacción; estabilizar la materia orgánica Eliminar los olores ofensivos Eliminar los organismos patógenos que permitan su reutilización o eliminación Reducir el volumen Producir gases utlizables (metano) Mejorar la deshidratación de los lodos

6. Entre los principales factores que afectan el rendimiento de la digestión anaeróbica se incluyen el tipo de lodo, el tiempo de digestión, la temperatura de digestión y la mezcla 7. Entre los principales factores que afectan el rendimiento de la digestión aeróbica se incluyen el tipo de lodo, el tiempo de digestión, la temperatura de digestión, la cantidad de aire suministrada y la carga de sólidos volátiles 8. El proceso aeróbico es directamente proporcional a la temperatura. Por lo tanto, teniendo en cuenta que las temperaturas de digestión aeróbicas deseadas se encuentran entre los 18 y 27 °C, a medida que la temperatura aumenta, lo hace también el nivel de actividad biológica.

9. Cal y cloro

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10. El funcionamiento continuo de la unidad de tratamiento térmico es recomendable, ya que no se desperdicia energía para que el intercambiador de gases y los contenidos del reactor se enfríen y vuelvan a calentarse a la temperatura deseada cada día cuando se pongan en funcionamiento, como parte de un proceso discontinuo.

11. La deshidratación de lodos se utiliza para reducir el volumen mediante la eliminación de agua, lo que permite que su manejo sea más sencillo y que su reutilización o eliminación sea más económica.

12. Los lodos secundarios no se deshidratan tan fácilmente como los primarios, ya que los lodos secundarios contienen sólidos finos y de baja densidad con superficies de gran extensión y grandes cantidades de agua asociadas a los mismos.

13. Los lodos secundarios no se deshidratan tan fácilmente como los primarios, ya que los lodos secundarios contienen sólidos finos y de baja densidad con superficies de gran extensión y grandes cantidades de agua asociadas a los mismos.

14. La estabilización química produce entornos que no son aptos para que sobrevivan los microorganimos ni bacterias de compostaje, a no ser que los lodos se neutralicen y se den las condiciones necesarias para ello.

15. La combustión autógena tiene lugar cuando el contenido volátil de la torta de lodo es lo suficientemente alto como para que su combustión se lleve a cabo sin aporte calorífico adicional del quemador.

16. Falso 17. Verdadero 18. Verdadero 19. Falso 20. Verdadero 21. Falso 22. Falso 23. Falso 24. Falso 25. Verdadero 26. Verdadero 27. Verdadero 28. Falso 29. Verdadero 30. Verdadero

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