Manejo de Lodos (Final) (1)

MANEJO DE LODOS

Nelson Olaya, M. Sc.

Master of Sciene, Environmental & Water Resources Engineering, Vanderbilt University

Candidato a Doctor, Ciencias Ambientales, Universidad Nacional de Piura

CONTENIDO

Pág.1. Procedencia de los lodos 31.1. Cantidad de residuos producidos en el mundo 31.2. Rendimiento de las plantas de tratamiento de las aguas residuales, PTAR 71.3. Aspectos específicos de los lodos de las PTAR 81.4. Alternativas de planteamiento para el tratamiento de los lodos 81.5. Criterios de valoración de una solución de tratamiento de lodos 92. Destino posibles para los lodos 92.1. Solución a adoptar y alternativas de tratamiento 112.1.1 Eliminación con recuperación 112.1.2 Eliminación sin recuperación 112.2. Consideraciones prácticas 113. Producción de lodos 15

4. Volumen del lodo 155. Características de los lodos 195.1. Lodos de la decantación primaria 195.2. Lodos de la precipitación química 195.3. Lodos del tratamiento secundario 195.4. Lodos de los lechos bacterianos 195.5. Lodos digeridos 195.6. Composición característica de los lodos urbanos 205.7. Composición de otros lodos 286. Problemas de los lodos 296.1. Efectos de la presencia de metales pesados 296.1.1 Sistemas experimentales para la dilución de metales pesados 306.2. Efectos de la presencia de organismos patógenos 306.2.1 Supervivencia de los organismos patógenos 316.2.2 Desinfección de los lodos urbanos 32

7. Utilización y eliminación de lodo 33

7.1. Utilización del lodo de las aguas residuales en la agricultura 34

7.1.1 Pasteurización 347.1.2 Tratamiento termofílico aerobio de lodos 347.1.3 Tratamiento termofílico aerobio de lodos 347.1.4 Formación de mantillo 357.1.5 Formación de mantillo en bioreactores 357.1.6 Problemas con metales pesados 35

7.2. Descarga del lodo del agua residual en los rellenos sanitarios 39

7.3. Formación del mantillo a partir de los lodos del agua residual 40

7.4. Descarga de los lodos en alta mar 40

7.5. Incineración y secado de lodos 40

8. Diagramas de procesos de tratamiento de los lodos 42

9. Transporte de lodos 52

10. Métodos de tratamiento para los lodos 53

11. Espesamiento de los lodos de las aguas residuales 56

2

12. Digestión de los lodos 60

13. Acondicionamiento de los lodos 65

14. Deshidratación de los lodos 68

15. “Compost” del lodo 75

16. Incineración de lodos 77

17. Co-procesamiento de los residuos en Holcim Ecuador S.A. 79

17.1. Residuos que pueden ser co-procesados 80

17.2. Ejemplos de materia prima alterna 80

17.3. Residuos prohibidos 80

17.4. Criterios de aceptación de materiales 80

18. Disposición de los lodos sobre el suelo 81

18.1. Consideraciones generales para el diseño de un sistema de riego de

los lodos sobre el suelo

82

18.2. Requisitos 82

18.3. Tasas de aplicación 84

18.4. Nutrientes 90

18.4.1 Nitrógeno 91

18.4.2 Fósforo 92

18.5. Área requerida 93

18.6. Lodos de tanques sépticos 93

19. Requerimientos para la disposición de los lodos en el relleno sanitario

Las Iguanas94

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1. Procedencia de los lodos

En los procesos de tratamiento de las aguas residuales, las aguas son desprovistas de los sólidos en suspensión en dos etapas. En el tratamiento primario, se produce, por fenómenos físicos, una separación parcial de los sólidos debidos a su densidad. En el tratamiento secundario parte de la materia orgánica es metabolizada y transformada en materia viva, pero la acción más importante es el efecto de la floculación, que permite separar los flóculos de la materia orgánica, materia viva y materia inorgánica en los decantadores secundarios. La contaminación de las aguas queda contenida en los lodos extraídos de los decantadores primario y secundario. Es preciso pensar en un tratamiento de los lodos, denominada digestión, tanto para su aprovechamiento como para eliminación.

1.1 Cantidad de residuos producidos en el mundo

R.E. Hungate (Universidad de California) da una idea sobre el problema de la eliminación de los residuos en el mundo.

Tabla 1. Residuos producidos en el mundo

Origen Húmedos

1013 kcal/año

Secos

1 015 kcal/añoUrbano

Lodos residuales municipales

0,66 0,25

Agricultura

Pajas de cereales Otros residuos Estiércol

0,540,90

0,86

Bosques

Residuos en bosque Residuos en industria

0,20 0,06

Total 2,36 1,11

Fuente: Depuración de Aguas Residuales, Aurelio Hernández Muñoz, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, PARANINFO S.A., España, 1.998

1.2. Rendimiento de las plantas de tratamiento de las aguas residuales, PTAR

El circuito autónomo de los lodos, se inicia con su sedimentación en los decantadores.

De la zona de compresión de los decantadores, se extrae el lodo, por medio de purgas de periodicidad variable en cada caso, pasándolo:

o De los decantadores primarios a la operación independiente de espesamiento (no asociado a la decantación) realizado en los espesadores.

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o De los decantadores secundarios:

Al tratamiento biológico; para aumentar la concentración de los sólidos en suspensión.

A los decantadores primarios, para aumentar el rendimiento de la decantación en éstos y/o conseguir unos fangos sedimentados de mayor concentración que la obtenida en los decantadores secundarios.

Al proceso de espesado y digestión.

Los rendimientos obtenidos en el proceso de depuración quedan resumidos en la Tabla 2.

Tabla 2. Producción de lodo

Cantidad de lodos contenida por los alcantarillados municipales, por los habitantes (C.E.E.)

a. Materias secas, g/hab/d

b. Materias volátiles, g/hab/d

c. Materias secas,%

d.agua contenida,%

e. Cantidad de lodos,I por hab y día (valor medio)

A. Lodos frescos de sedimentación (1)

1. Lodos de decantación primaria 54 38 5-10 90-95 0,72

2. Residuos de decantadores secundarios después de lechos

a. Carga baja 13 8 4-8 92-96 0,22

b. Carga alta 20 12 4-6 94-96 0,40

3. Lodos en exceso de decantación secundaria de lodos activados

a. Carga baja 21 23 0,5-1,5 98,5-99,5 3,1

b. Carga alta 25 29 1,5-3,0 97-98,5 1,1

B. Lodos digeridos según su procedencia

1. Lodos digeridos de decantación primaria

31 17 5-12 88-95 0,40

2. Lodos digeridos de decantación primaria más residuos de lechos de carga alta

48 24 5-10 90-95 0,64

5

3. Lodos digeridos de decantación primaria más lodos en exceso de lodos activados (carga baja)

55 27 4-8 92-96 0,92

4. Lodos digeridos de decantación primaria más lodos en exceso de lodos activados (carga alta)

55 26 4-8 92-96 0,87

-----------------------------------------------(1) En la mayor parte de los casos, el contenido en materias secas puede incrementarse por el empleo de espesadores. Será preciso, sin embargo, proceder a ensayos para disponer de datos fiables. En el caso de lodos del tipo mixto (lodos primarios más residuos de lechos y/o lodos activados), las cantidades de materias secas indicadas en A.1 y A.2 y/o A.3, que irán a digestión, son la suma.

(2) Según estudios recientes puede considerarse que, en las instalaciones de lodos activados, se genera la misma cantidad de lodos por hab. y día, sea el funcionamiento de éstas instalaciones del tipo de carga alta o baja.-----------------------------------------------


Tabla 3. Procedencia de los sólidos y el lodo en una instalación convencional de tratamiento de aguas residuales

Operación o proceso unitario

Tipo de sólidos o lodo Observaciones

DESBASTE SÓLIDOS GRUESOSLos sólidos gruesos, se eliminan mediante rejas de limpieza, mecánica y manual. En plantas pequeñas, los sólidos gruesos se suelen triturar para su eliminación en las etapas subsiguientes de tratamiento.

DESARENADO ARENAS Y ESPUMASA menudo, no se incluyen instalaciones de espumas en la eliminación de las arenas.

PRE-AIREACION ARENAS Y ESPUMASEn algunas plantas, no se incluyen instalaciones para la eliminación de espumas en los tanques de pre-aireación.

DECANTACION PRIMARIA LODO PRIMARIO Y ESPUMASLas cantidades de lodo y espumas dependen de las características de los residuos líquidos, domésticos e industriales.

TANQUES DE AIREACION SÓLIDOS SUSPENDIDOSLos sólidos suspendidos, se producen por conversión de la materia orgánica bio-degradable expresada comúnmente en términos de la demanda bioquímica de oxígeno, DBO.

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SEDIMENTACIÓN SECUNDARIA

LODO SECUNDARIO Y ESPUMAS

Según la Agencia de Protección Ambiental de los EEUU, EPA (por sus siglas en inglés) es obligatoria la instalación de un sistema de eliminación de espumas en los tanques de sedimentación secundaria.

Fuente: Ingeniería de Aguas Residuales, Volumen 2, Tratamiento, vertido y reutilización, Metcalf & Hedí, Tercera Edición, Mc Graw-Hill, España 1998.

Tabla 4. Concentraciones esperadas del lodo procedente de diversas operaciones y procesos de tratamiento

7

Funcionamiento o aplicación del proceso

Concentración típica de sólidos del lodo, % de

sólidos secos

Tanque de Almacenamiento primario

Lodo primario 5,0

Lodo primario a ciclón 1,5

Lodo primario y activado en exceso

4,0

Lodo primario con adición de hierro

2,0

Lodo primario con adición de dosis bajas de cal

4,0

Lodo primario con adición de dosis alta de cal

5,0

Espumas 5,0

Tanque con sedimentación secundaria

Lodo activado en exceso, con decantación primaria

0,8

Lodo activado en exceso sin decantación primaria

1,3


1.3. Aspectos específicos de los lodos de las PTAR.

Los aspectos a contemplar en relación con los lodos de las PTAR son:

o Grandes concentraciones humanas e industriales y, en consecuencia, grandes volúmenes de lodos arrastrados por las aguas negras en los colectores emisarios hacia las PTAR.

o Variación en los contenidos orgánicos e inorgánicos de cada vertido, dependiendo del tipo de población, su nivel de vida, la época del año, el grado de industrialización, el consumo, etc.

o El nivel de vida actual, las exigencias de la calidad ambiental, y el derecho al disfrute de un bienestar físico y psíquico, marcan, sin duda, directrices sobre la necesidad del tratamiento y la eliminación de los lodos.

8

Espesador por gravedad

Lodo primario 8,0

Primario + activado en exceso 4,0

Espesador de flotación por aire disuelto

Lodo activado en exceso + productos químicos

5,0

Lodo activado en exceso sin productos químicos

4,0

Espesador de centrífugas

Únicamente lodo activado 5,0

Espesador por gravedad en banda

Lodo activado en exceso + productos químicos

5,0

Digestor aeróbicos

Lodo primario 7,0

Lodo primario + activado en exceso

3,5

o La escasez de recursos, como los abonos y recursos energéticos, y su costo permanentemente creciente, obliga a replantearse la necesidad de la reutilización de los subproductos, buscando la posibilidad del uso como abono y la posibilidad de recuperación energética.

o Los procesos de las PTAR dependen de las características y el volumen de los vertidos, su variación diaria y las estaciones. Procesos diferentes dan origen a distintos tipos de lodos.

o La normativa existente, considerando los aspectos sanitarios sobre el hombre, los cultivos y el medio ambiente, condicionarán, sin duda, el proceso de tratamiento en sí, de su eliminación o reutilización.

o Los aspectos económicos, teniendo en cuenta las obras e instalaciones precisas, los gastos de mantenimiento y operación, los gastos de gestión y control, sin duda matizarán las soluciones a adoptar.

Considerando los aspectos mencionados puede plantearse, con seguridad, que el tratamiento de los lodos y su destino final constituyen el punto fundamental a contemplar en el estudio y proyecto de una PTAR. Sin embargo, pocas veces, se realiza una planificación correcta de la PTAR y forma más concreta del tratamiento de los lodos. Son mucho mayores los errores cometidos por no plantear la alternativa adecuada, que los errores derivados del desarrollo de una solución.

1.4. Alternativas de planteamiento para el tratamiento de los lodos

La situación llevará a una solución comprendida entre las dos alternativas extremas siguientes:

o Los lodos son un subproducto no deseado que sólo presenta problemas.

o La situación social, técnica y económica, exige la reutilización de los lodos, buscando su uso posterior como abono o su potencial energético.

No debe olvidarse que, de forma natural o artificial, son los millones de microorganismos existentes en los lodos, con su actividad metabólica, los que garantizan los ciclos esenciales del nitrógeno y carbono, dentro de unas condiciones de presión y temperatura, y de unas características en las aguas, que no impidan la acción de las enzimas.

En la descripción del sistema y definición del problema, se analizarán los datos base de partida tales como:

o Procedencia de los lodos, urbanos e industriales.

o Proceso utilizado de tratamiento de las aguas, y los puntos de extracción de los lodos del proceso.

o Volumen de los lodos extraídos de cada uno de los puntos y la concentración de la materia seca.

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o Análisis de los lodos; contenido orgánico; productos tóxicos e inhibidores.1.5. Criterios de valoración de una solución de tratamiento de lodos

Dentro de los criterios de valoración, deben establecerse todos los condicionantes que permitan contrastar la idoneidad de la solución adoptada. Se establecerán limitaciones tales como:

o Limitaciones en la disposición en vertederos controlados.

o Limitación del vertido y tratamiento, en relación con las condiciones ambientales.

o Condiciones de los lodos para su estabilización aerobia.

o Limitaciones en el proceso de deshidratación, según técnicas, usos y posibilidades de transporte.

o Limitaciones de los lodos para su compostaje con los residuos sólidos urbanos.

o Limitaciones a la combustión del lodo.

o Los condicionantes del suelo al lodo previsto como abono, con utilización esporádica o continuada.

o Limitaciones técnicas, sociales y políticas.

2. Destino posibles para los lodos

La formulación de las políticas alternativas queda plasmada en el cuadro que se presenta a continuación, en el cual aparecen los métodos principales de tratamiento y eliminación de los lodos procedentes de las aguas residuales y su depuración.

Existen dos soluciones generales básicas, o bien, se tiende a una recuperación o a una eliminación estricta sin recuperación alguna. De esta consideración surgen las primeras alternativas en el proceso de los lodos.

Tabla 5. Características del lodo producido durante el tratamientodel agua residual

Sólido o lodo Descripción

RESIDUOS DEL DESBASTELos sólidos gruesos incluyen todo tipo de materiales orgánicos e inorgánicos de tamaño suficientemente grande para ser eliminados por las rejillas y los tamices.

ARENAEstán constituidos, normalmente, por los sólidos inorgánicos más pesados que sedimentan con velocidades relativamente altas.

ESPUMAS / GRASAS

La espuma está formada por los materiales flotantes recogidos en la superficie de los tanques de sedimentación, primarios y secundarios. Pueden incluir grasas, aceites minerales y vegetales, grasas animales, ceras, jabones, residuos alimenticios, cáscaras de hortalizas, cabellos,

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papel, algodón, colillas de cigarrillo, materiales de plástico, preservativos, partículas de arena y materiales similares.

LODO PRIMARIOEl lodo de los tanques de decantación primaria es generalmente gris y grasiento y, en la mayoría de los casos, produce un olor extremadamente molesto.

LODO DE PRECIPITACION QUÍMICA

El lodo procedente de los tanques de precipitación química con sales metálicas es generalmente de color oscuro, aunque su superficie puede ser roja si contiene mucho hierro. El lodo con cal es gris marronoso. El olor puede ser molesto. Aunque es algo grasiento, los hidratos de hierro o aluminio o aluminios contenidos en él lo hacen gelatinoso. Si se deja suficiente tiempo en el tanque, se produce su descomposición, como en el caso del lodo de decantación menor, pero a una velocidad menor.Produce gas en cantidades significativas y su densidad aumenta con el tiempo.

LODO ACTIVADO

Tiene generalmente, una apariencia floculenta de color marrón. Si el color es muy oscuro puede estar próximo a volverse séptico. Si el color es más claro de lo normal, puede haber estar aireado insuficientemente y los sólidos tienen tendencia a sedimentar lentamente. El lodo en buenas condiciones tiene un olor característico a tierra que no es molestoso. Tiende a convertirse en séptico con bastante rapidez y luego adquiere un valor bastante desagradable de putrefacción.

LODO DIGERIDO AEROBICAMENTE

Varía de color marrón a marrón oscuro y tiene apariencia floculenta. El olor no es molestoso; se suele clasificar como moho. El lodo aeróbico bien digerido, se deshidrata fácilmente en los lechos de secado.

LODO DIGERIDO ANAEROBICAMENTE

Es de color marrón oscuro-negro y contiene una cantidad muy grande de gas. Cuando está totalmente digerido, no es molestoso, siendo su olor relativamente débil y parecido al alquitrán caliente, goma quemada o lacre. Cuando se evacua a los lechos de secado, en capas de poco espesor, los sólidos son transportados, en primer lugar, a la superficie por la acción de los gases que contiene dejando en la parte inferior una lámina de agua relativamente clara, que se drena rápidamente, y permiten que los sólidos sedimenten lentamente sobre el lecho. A medida que progresa el secado, los gases escapan dejando una superficie muy agrietada con un olor parecido al compost del jardín.

LODO COMPOSTADO

Suele ser marrón oscuro o negro, pero el color puede variar en el caso de que se reutilicen, en el proceso, materiales de soporte tales como compost reciclado o astillas de madera. El olor del lodo bien comportado no es molestoso y parece al de los acondicionadores utilizados en jardinería.

LIQUIDOS DE LOS TANQUES SEPTICOS

Es negro. A menos que esté bien digerido como consecuencia de un tiempo largo de almacenamiento es molestoso a causa del sulfuro de hidrógeno y otros gases que desprende. El lodo puede secarse en lechos de secado si se extiende en capas de poco espesor, pero cabe esperar olores desagradables mientras se drena, a menos que haya sido bien digerido.

Fuente: Ingeniería de Aguas Residuales, Volumen 2, Tratamiento, vertido y

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reutilización, Metcalf & Hedí, Tercera Edición, Mc Graw-Hill, España 1998.

2.1. Solución a adoptar y alternativas de tratamiento

2.1.1. Eliminación con recuperación

Utilización en agricultura como abono.

Digestión aerobia. Digestión ANAEROBIAANAEROBIRecuperación de terrenos

agotados.Digestión aerobia.Digestión anaerobia.

Recuperación de energía:

EléctricaMecánicaCalorífica.

Incineración.

Compostaje Sin digestión

2.1.2 Eliminación sin recuperación

Vertido al marSin digestión. Digestión aerobia. Digestión anaerobia

Vertido a

Un cauce superficialRelleno de terrenos, Escombreras

Digestión aerobia

Digestión anaerobia

Sin digestión

2.2. Consideraciones prácticas

La experiencia indica que, por su comparación económica, debe tenderse a la digestión aerobia para núcleos con población equivalente inferior a los 14.000 hab., y a digestión anaerobia para aquéllos con población superior a los 20.000 hab. Con base a las concentraciones de materia orgánica contenida en los residuos líquidos industriales, y a la contribución per cápita de materia orgánica contribuida por una persona, se pueden calcular el efecto de la descarga de una industria en términos de población equivalente. Se ilustra, a continuación, con un ejemplo, la determinación de la población equivalente, P. E. Si una industria descarga diariamente, en términos promedio, un caudal de 20 m3/d y una concentración de la DBO5 de 2.000 mg/, el caudal másico (masa en la unidad de tiempo) será 40 kg de DBO5/d; si una persona o habitante contribuye diariamente con 50 g de DBO5/ (hab x d), la P. E. será de 800 habitantes.

La utilización del estiércol como abono en el área rural es tan antigua como la ganadería misma, y ya se ha mencionado la utilización, para el mismo fin, de los desechos humanos. Sin llegar a descubrir la importancia del nitrógeno, fósforo y potasio, en el crecimiento de las plantas y su metabolismo, el hombre ha sabido de la importancia de la utilización de los residuos de los vertidos humanos.

Los conocimientos científicos actuales justifican la utilización, y señalan la forma de superar los problemas posibles del vertido sobre el terreno de los lodos procedentes de los vertidos urbanos e industriales, problemas tales como la presencia de

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microorganismos patógenos, larvas, ascáridos, etc., la existencia de semillas no deseables, la existencia de metales, etc.Un hecho es cierto y es que la materia incorporada mejora el suelo porque:

o Mejora la friabilidad y porosidad del suelo.

o Permite una mayor retención de la humedad.

o Adiciona, al suelo, nutrientes necesarios para las plantas, y facilita su retención en el suelo.

o Incrementa la actividad biológica del suelo.

o Evita o al menos disminuye la necesidad de fertilizantes químicos.

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En muchos casos, no es solución la adición continuada de fertilizantes químicos, siendo imprescindible la adición de humus conjuntamente con los nutrientes. Ambos elementos, se encuentran en los lodos de los vertidos de nuestras ciudades.

Es indudable que el lodo tiene un valor, y no debe olvidarse contemplar esta alternativa de reutilización.

Existen por el contrario, condicionantes a este uso, tales como:

o Contenido de metales que pueden llevar a valores límites de fito-toxicidad, desconociéndose, en muchos casos, los efectos reales de la concentración de los metales depositados en el suelo sobre las plantas.

o Presencia de patógenos y semillas indeseables que pueden hacer inutilizable el lodo en ciertos casos, y exigir algunas técnicas diferenciadas como pueden ser la digestión anaerobia, el tratamiento térmico para la esterilización, el almacenaje a temperaturas por debajo de 0°C.

La disposición de los lodos, sin reutilización, tiene como límite la admisibilidad de la biosfera para recibirlos.

El vertido al mar de los lodos puede hacerse en forma líquida, después de digerir el lodo. Debe señalarse, en cada caso, la posibilidad de vertidos en la costa o aguas profundas. Sobre este tema debe considerarse que el mar también tiene sus límites como receptor de residuos.

El depósito en escombreras debe estudiarse en unión con la eliminación de los residuos sólidos. Los puntos más importantes a considerar serían la posibilidad de contaminación de los subálveos, y la necesidad, para hacer posible la compactación, para alcanzar un 30% de los residuos sólidos, exigiéndose, en consecuencia, una deshidratación mecánica.

La incineración de los sólidos, requiere igualmente un presecado de los lodos, consumo de energía y presenta un peligro de contaminación atmosférica según el tipo utilizado de incinerador.

El acondicionamiento químico del lodo requiere el empleo de grandes dosis de cal, Ca (OH)2 o cloruro férrico, Cl3 Fe), lo que supone un costo elevado de la eliminación.

No existe inconveniente de incorporar los lodos digeridos y secos al compostaje de los residuos sólidos, pero tampoco presenta ventajas. La ventaja, se conseguiría con la incorporación de los lodos frescos, pero las condiciones de humedad y relación C/N, recomiendan no sobrepasar del 6 al 8% la incorporación de lodos frescos, producidos por la ciudad, sobre los residuos sólidos producidos por la misma ciudad.

Otras consideraciones importantes irían dirigidas a la recuperación energética, buscando la utilización del gas metano producido en la digestión anaerobia.

Pueden señalarse, como valores medios, las producciones y potencias caloríficas indicadas en la Tabla 6.

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Tabla 6. Volumen del gas producido y potencia calorífica en los lodosde las PTAR.

Tipo de lodo Gas producido, l/hab./día

Potencia calorífica Kcal/m3

Primario 17 De 3.500

aMezcla de primario y

activado 28 5.000


A nivel mundial podría decirse que los lodos residuales urbanos alcanzarían potencia calorífica de 0,66 x 1013 Kcal/año, cifra no despreciable en la situación actual del costo energético.

3. Producción de lodos

Se podrían considerarse, como producción de lodos, líos valores dados por la Tabla 7.

Tabla 7. Producción de fangos

Tipo de lodosMateria seca,g/hab./día

Primario 40-50

Mezcla primario y activado 70-82

Mezcla primario y lechos 60-75


4. Volumen del lodo

La Tabla 7 proporciona una muestra de los diferentes volúmenes de lodo. En el caso de las plantas que no procesan grandes proporciones del agua residual producida en establecimientos comerciales, la cantidad de lodo, se calcula mejor con base al número de habitantes servidos por dichas plantas. El volumen de lodo producido por persona diariamente varía según el nivel de vida y los hábitos de la población (consumo de agua, alimentación, centro laboral dentro o fuera de la zona de captación de la misma planta, etc.).

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En tanto el contenido de agua en el lodo varía considerablemente, lo cual depende del proceso de clarificación que se aplique, el modo de operación (por ejemplo, duración en las tolvas de lodo), las propiedades del lodo, entre otros factores; cabe esperar que las variaciones en los datos sobre el volumen unitario sean mayores que las que producen en el caso de los sólidos. Por lo tanto, los porcentajes señalados de sólidos presentes en el lodo, así como las cantidades volumétricas de los lodos expresados (por ejemplo, en litro por persona por día) no son precisos. Por esta razón, la información volumétrica que aparece en la Tabla 8 deberá considerarse con cuidado.

La influencia del contenido del agua en un determinado tipo de lodo, con una concentración constante de sólidos en el volumen del lodo, se obtiene a partir de la siguiente fórmula

Donde:

= Volúmenes de lodo, por ejemplo, antes y después de espesamiento

= Contenido de sólidos, en % por unidad de peso

= Contenido de agua, en % por unidad de peso

Esta fórmula demuestra la importancia que se debe dar al drenaje del agua que contiene el lodo, para reducir el volumen de este último y facilitar su utilización o eliminación.

La relación que aparece en la fórmula, entre el contenido de agua del lodo (WG) y su volumen (V) con un porcentaje constante de sólidos (TS), se aplica estricta y únicamente cuando la densidad de los sólidos debe ser de 1. En realidad, esta es de 1,3 a 1,4, aproximadamente, para lodos del agua residual doméstica, pero en la práctica, se puede considerar que esta diferencia no es importante desde un punto de vista técnico. Es más importante conocer el contenido de los sólidos que el contenido del agua. Una de las razones para ello es que éste indica directamente la reducción del volumen del lodo, por ejemplo, en las operaciones de deshidratación.

Tabla 8. Tipos de lodos, cantidades y composición de lodos resultantes del tratamiento físico y biológico de las aguas residuales domésticas para

diferentes propósitos de tratamiento

A b c d e

Cantidad específica promedio

de sólidos

Cantidad

de sólidos orgánico (medido como GV)

Cantidad

de sólidos (ST)

Contenido

de agua

Volumen de lodo específico promedio

gr ST/(P.d.) gr o ST/(P.d.) % % 1/(P.d.)

Lodo crudo

Resultante del tratamiento 54 38 5-10 95-90 1.M. 0,72

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físico del agua residual

Resultante del tratamiento biológico del agua residual

Con filtros biológicos según

las condiciones mínimas

Con nitrificación total

Con proceso de activación según las condiciones mínimas

Con nitrificación total

32

24

40

36

14-16

9-11

20,4

16,2

4-81.M. 6

241.M. 6

0,5-2,5

0,5-2,5

96-921.M. 94

241.M. 94

99,5-97,5

99,5-97,5

1.M. 0,54

1.M. 0,4

1.M. 2,67

1.M. 2,4

Lodo estabilizado

aeróbicamente (lodo

primario y secundario)

60-70 25-452-6

1.M. 4

98-94

1.M. 96

1.M.

1,5-1,75

Lodo digerido (lodo

estabilizado aeróbicamente

Resultante del tratamiento

físico del agua residual34 15-12 3-8 95-92 1.M. 0,52


físico-biológico del agua

residual (filtro biológico)

61-55 27-22 4-6 96-94 1.M. 1,16


físico-biológico del agua

residual (proceso de

activación

66-42 29-25 4-6 96-94 1.M. 1,28

Fuente: Manual de Disposición de Aguas Residuales: Origen, Descarga, Tratamiento y Análisis de las Aguas Residuales, Tomo II, GTZ COOPERACIÓN TÉCNICA REPÚBLICA FEDERAL DE ALEMANIA, CEPIS, Lima, Perú-1.991.

Un aumento en el contenido de sólidos (por ejemplo, debido a la deshidratación), de 5 a 10%, corresponde entonces a una reducción en el volumen del 50%, si es 5 a 20%, la reducción es a un cuarto, y así sucesivamente. En tanto el volumen de lodo producido por persona diariamente depende también del proceso de tratamiento del agua residual, las cifras que aparecen en la Tabla 8 han sido calculadas de acuerdo a los métodos más utilizados.

Las cifras, se refieren al tipo más común de red de desagüe que también abarca al agua pluvial (sistema combinado). Cuando el agua pluvial, se drena por separado, en forma independiente, resulta difícil tasar los volúmenes de lodo mucho menor. Cuando en el sistema combinado, el lodo que acarrea el agua pluvial ingresa en la planta de tratamiento, es decir, cuando se utilizan tanques para aguas pluviales en buen estado de funcionamiento, las cifras, se deben incrementar en 20%.

Se deben realizar ciertos aumentos a los volúmenes de los lodos indicados en la Tabla 9 cuando el área de captación de la planta del agua residual, se encuentran pequeñas zonas industriales con establecimientos tales como lavanderías, lecherías, mataderos y otras instalaciones similares (Tabla 9).

Tabla 9. Población equivalente para algunos establecimientos comerciales para servicio local

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Establecimiento comercial

Unidad de producción o de materia prima (producción diaria)

Población equivalente por unidad de producción

Lechería, sin producción de queso 1000 l de leche 20 – 50

Lechería, con producción de queso 1000 l de leche 100 – 200

Matadero 1 cabeza de ganado = 2,5 puercos 20 – 100

Cervecería 1 hl de cerveza 5 – 15

Lavandería 1000 kg de ropa 100 – 1000


Cuando estos establecimientos son importantes y abastecen a una zona más allá de su región o cuando otros establecimientos industriales importantes están conectados a la red, es muy difícil establecer la cantidad de lodo que e producirá en el agua residual. Por lo general se requiere de estudios específicos en estos casos. La Tabla 10 puede servir de guía para dichos cálculos.

Tabla 10. Carga promedio de sólidos totales de la materia suspendida en las aguas residuales resultantes de varios tipos de plantas industriales

Planta que descarga agua residual Unidad de producción u otra similar

Carga total de sólidos suspendidos, kg/unidad

Cervecería 1000 l de cerveza 2,5 – 5

Malhería 1000 kg de malta 1 – 3

Producción de almidón 1000 kg de cereales 2 – 4

Producción de jugos de frutas 1000 l de producto terminado 1 – 2

Producción de levadura 1000 kg de melaza 10

Lechería 1000 l de leche 0,5 – 1

Lechería que no utiliza suero 1000 l de leche 2

Matadero 1000 kg de carne 2,5 – 10

Planta procesadora de carnes 1000 kg de producto terminado 1 – 2

Lavandería 1000 kg de ropa 3 – 5

Producción de margarina con refinería1000 kg de producto terminado 4

Envasadora de legumbres 1000 kg de producto terminado 3 – 5

Curtiembre 1000 kg de cuero 3 – 60

Producción de papel de celulosa 1000 kg de papel 5 – 20

Producción de papel de reciclado 1000 kg de papel 30 – 50


Se considera que se sedimentan, en promedio, alrededor de dos tercios del total de los sólidos suspendidos y se separan aproximadamente en un 90 a 95% después de

19

dos horas de sedimentación.

En la precipitación química, un agente precipitante siempre aumenta considerablemente el volumen de lodo, ya que se sedimentan más contaminantes al agregarse los productos de conversión de dicho agente precipitante, además que el contenido de agua es mucho mayor. El volumen de lodo llega a ser dos o tres veces mayor que el obtenido a partir de un proceso de sedimentación. Cuando se emplea también cal, el aumento puedes ser aún mayor. El papel o carbón no sólo aumentan considerablemente el volumen de lodo sino también el de residuos secos.

5. Características de los lodos

5.1. Lodos de la decantación primaria

Los lodos procedentes de la decantación primaria son generalmente de consistencia limosa y color de marrón a gris, volviéndose sépticos y dando mal olor con gran facilidad.

5.2. Lodos de la precipitación química

Los lodos que proceden de la precipitación química son generalmente de color negro y su olor, aunque puede llegar a ser desagradable, lo es menos que tos correspondientes a una decantación primaria típica. Asimismo, la velocidad de descomposición de los lodos es mucho menor.

5.3. Lodos del tratamiento secundario

Los lodos que proceden del tratamiento secundario, en el caso de los lodos activados, son de color marrón, relativamente ligeros, y por estar bien aireados, en el caso general, no suelen producir olor con tanta rapidez como los lodos primarios. Sin embargo, si por no estar suficientemente aireados, se acercan a las condiciones sépticas, su color, se oscurece y producen un olor tan fuerte como el lodo primario.

5.4. Lodos de los lechos bacterianos

Los lodos procedentes de los lechos bacterianos son de color marrón, y no producen olores molestos si están frescos. Se degradan a una velocidad menor que los lodos procedentes del sistema secundario de los lodos activados, salvo en el caso de que contengan una preponderancia de organismos superiores (gusanos, por ejemplo), en cuyo caso pueden llegar a generar olores muy rápidamente.

5.5. Lodos digeridos

El lodo digerido tiene color entre marrón oscuro y negro, y contiene cantidades relativamente grandes de gas. Cuando está bien digerido prácticamente no produce olor o produce un olor relativamente débil que no es desagradable.

5.6. Composición característica de los lodos urbanos

La composición del lodo producido en las plantas de agua residual depende de su 20

origen y la etapa de digestión del mismo. El lodo primario proveniente de las unidades de clarificación preliminar es de color gris amarillento. Aún pueden distinguir los componentes más gruesos (heces, residuos de frutas y verduras, corchos, papel, etc.). Este lodo, se descompone más rápidamente durante las estaciones cálidas. El proceso, se complica por la liberación de una cantidad enorme de agua residual turbia y maloliente. El lodo proveniente de las etapas de tratamiento biológico es más homogéneo. Cuando está fresco, su color varía de gris a marrón. Se descompone incluso con mayor rapidez debido a su alto contenido de materia orgánica (60 a 75%), la cual es atacada fácilmente por las bacterias saprofitas. Las propiedades de deshidratación de estos lodos putrefactos son muy escasas.

El lodo digerido por completo adquiere un color negro (sulfuro de hierro), conserva el olor alquitrán y puede deshidratarse con relativa facilidad. El contenido de materia orgánica es aún de un 50%, mientras que los sólidos, se reducen en unos dos tercios.

El lodo estabilizado aeróbicamente tiene un color pardoso y un olor a tierra. El límite técnico en la estabilización aerobia es también de aproximadamente un 50% de los sólidos orgánicos presentes en el lodo estabilizado. Cuando se extienden capas finas, se seca sobre lechos, en un periodo de dos semanas durante el verano, sin desprender olores desagradables.

Tabla 11. Datos típicos sobre las características físicas y cantidades de lodo producido en los procesos diversos del tratamiento de las aguas residuales

Procesos de tratamiento

Peso específico de los sólidos del lodo

Peso específico del lodo

Sólidos secos (valor típico) Kg/103 m3

Decantación primaria 1,4 1,02 150

Lodo activado (en exceso)

1,25 1,005 83

Aireación prolongada (en exceso)

1,30 1,015 95 (a)

Filtración 1,20 1,005 18

(a) Se supone que no existe tratamiento primario.____________________________________________Fuente: Ingeniería de Aguas Residuales, Volumen 2, Tratamiento, vertido y reutilización, Metcalf & Hedí, Tercera Edición, Mc Graw-Hill, España 1998.

Tabla 12. Composición química típica del lodo crudo y digerido

Características Lodo primario crudo, valor típico

Lodo primario digerido, valor típico

Lodo activado, intervalo

Sólidos secos totales (% ST) 5,0 10,0 0,83-1,16Sólidos volátiles (% ST) 65 40 59-88Grasas y aceites (% ST) Solubles en éter

- 18 -

Proteínas (% ST) 25 18 32-41Nitrógeno (N, % ST) 2,5 3,0 2,4-5,0Fósforo (P2O5, % ST) 1,6 2,5 2,8-11,0Potasio (K2O, % ST) 0,4 1,0 0,5-0,7

21

Celulosa (% ST) 10,0 10,0 -Hierro (% ST, no como sulfuro) 2,5 4,0 -Sílice (SiO2, % ST) - - -pH 6,0 7,0 6,5-8,0Alcalinidad (mg/l como CaCO3) 600 3.000 500-1.100Ácidos orgánicos (mg/l como HAc)

500 200 1.100-1.700

Poder calorífico (MJ/kg) 25.500 11.500 18.500-23.00


En la Tabla 13 se indica la composición y las características de los lodos provenientes de los procesos de clarificación.

- Valor del pH. Por lo general, el pH de un lodo proveniente del proceso de clarificación es de alrededor de 7. El lodo digerido por completo o el lodo clarificado en la etapa de fermentación metanogénica presenta una reacción ligeramente alcalina (7,0 a 7,5), mientras que la reacción del lodo crudo o el lodo bajo “fermentación ácida” presenta valores de pH ligeramente ácidos (hasta 6 o menos). El pH del lodo es, por lo tanto, un indicador de la etapa de digestión, a menos que se trate de una carga industrial.

22

Tabla 13. Escalas de magnitud de la composición y características de los lodos del agua residual

No. de compo-nente

Caracterización del lodo Tipo de lodo

Componente o tipo de característica de un determinado tipo de lodo

Dimensión

Lodo crudo de los sistemas físicos

Lodo crudo de naturaleza biológica o lodo activado

Lodo digerido insuficientemente (“fermentación ácida”)

Lodo ligeramente digerido

Lodo bien digerido

Lodo muy bien digerido

1. pH 5,0-7,0 6,0-7,0 6,5-7,0 6,8-7,3 7,2-7,5 7,4-7,8

2. Sólidos (ST) % por peso 5-10 4-6 ó

0,5-3,0

4-12 4-12 4-12 4-12

3. Pérdida al calor a alta temperatura

% por peso con respecto a ST

60-75 55-80 55-70 50-60 45-55 30-45

5. Consumo de ácido mg/l CaCO3

o mmol/l

500-1000

20-40

500-1000

20-40

1000-2500

40-100

2000-3500

80-140

3000-4500

120-180

4000-5500

160-220

6. Ácidos volátiles

mg/l de ácido acético o mmol/l

1800-3600

30-60

1800-3600

30-60

2500-4000

40-70

1000-2500

15-40

100-1000

2-15

100

2

9

Extracto de éter

% por peso, con respecto a ST

10-35 5-10 2-15 2-8 1-6 1-4

10. Nitrógeno total

Igual, expre-sado como N

2-7 1,5-5,0 ó 3-10 1-5 1-3,5 0,5-3,0 0,5-2,5

11. Fósforo total Igual, expre-sado como P

0,4-3 0,9-1,5 0,3-0,8 0,3-0,8 0,3-0,8 0,3-0,8

12 Potasio

Igual, expre-sado como K 0,1-0,7 0,1-0,6 0,1-0,3 0,1-0,3 0,1-0,3 0,1-0,3

13.

Resistencia específica a la filtración m/kg 1011-1013 1012-1013 5x1011-5x1012 1011-1012 5x1010-

5x10111010-1011

16. Valor calórico kJ/g ST 16-20 15-21 15-18 12,5-16 10,5-15 6,3-10,5


23

- Los límites de pH en 3 los que pueden producirse fácilmente la fermentación metanogénica son más estrechos y el pH es mayor cuanto mayor sea la carga del compartimiento de digestión. Valores demasiado altos de pH, por ejemplo, como resultado de la adición desmedida de cal, afectan el proceso de digestión, ya sea mediante efectos tóxicos directos o por una variación del equilibrio entre el ión amonio y amoniaco hacia altos valores tóxicos de amoniaco.

- Contenido de agua-contenido de sólidos. El contenido de agua en el lodo es técnicamente su característica más importante. Se determina a partir de la pérdida de peso debido a la total deshidratación del lodo en el baño María u horno de secado (a 105ºC). Por ejemplo, cuando la pérdida es de un 90% y el contenido de residuo seco o sólidos es de 10%.

- Pérdida al calor por alta temperatura. La pérdida al calor rojo es más importante que el contenido de sólidos, especialmente cuando se trata del control del proceso de digestión. El material deshidratado con anticipación, se calienta a temperatura alta (aprox. 30 minutos a 550ºC) que permite determinar el porcentaje de sustancias orgánicas, es decir, la materia degradable o que produce gas. El lodo contiene un 70% de materia orgánica y 30% de materia mineral.

- Ácidos volátiles. Durante el proceso de digestión, siempre se producen ácidos orgánicos de bajo peso molecular como productos intermedios. Estos pueden ser destilados, por lo que se les conoce también como ácidos volátiles. Por lo general, sus cantidades, se expresan en mg/CH3OOH (ácido acético) o mmo1/1. Este factor es muy importante para evaluar el proceso de digestión. Un incremento repentino en la cantidad de ácidos orgánicos por encima del valor normal en una determinada planta de tratamiento de agua residual constituye un índice de sobrecarga de materia orgánica o daño a las bacterias metanogénicas (intoxicación). Condiciones como éstas pueden detectarse más fácilmente por el aumento de ácidos orgánicos, que por la reducción del valor del pH, la producción de gases o el mayor porcentaje de anhídrido sulfuroso en dicho gas.

Cuando sólo se consideran ácidos volátiles en la evaluación, puede producirse una adecuada fermentación metanogénica inodora con valores ácidos volátiles de hasta 1000 mg/1, con respecto al ácido acético. En la escala de 1000 a 2000 mg/l, predomina la fermentación metanogénica; sin embargo, esto conlleva ciertos riesgos. Cuando los valores superan los 2000 mg/l, puede producirse una transición hacia la fermentación ácida debido a una sobrecarga de las bacterias metanogénicas o al deterioro de la misma producida por agentes tóxicos.

- Sustancia orgánica, gas de digestión. El valor térmico y porcentaje de metano, normalmente, se determinan para encontrar el gas de digestión. En el caso del lodo crudo que proviene de las instalaciones municipales, se puede calcular – de acuerdo al contenido de materia grasa – un promedio de 850 a 1000 cm3 de gas por g de sustancia orgánica descompuesta con contenidos de metano del orden de 65 a 70%.

24

- Nutrientes. Los nutrientes son necesarios para que las bacterias se vuelvan biológicamente activas. En el lodo del agua residual doméstica existe una gran variedad de nutrientes. Los lodos de las aguas residuales industriales, como los que contienen principalmente carbón orgánico, a menudo carecen de otros tipos de nutrientes. De acuerdo a BUSWELL, se requieren 7 mg de nitrógeno por 1 g de lodo próximo a descomponerse. Cuando 1 litro de lodo crudo contiene 60 g de sólidos, de los cuales 15 g pueden descomponerse, se debe disponer de 7 x 15 = 105 mg de nitrógeno. Estudios más recientes sobre la relación entre el carbono y nitrógeno han demostrado que una razón C/N de 10 a 16 es particularmente favorable. La relación entre el nitrógeno y el fósforo debería ser de 7.

Aún cuando el lodo este destinado al uso agrícola, el contenido de nutrientes reviste suma importancia. El porcentaje de materia orgánica en el lodo digerido por completo es aproximadamente de 45 a 50 %, mientras que existe un porcentaje aproximado de 50 a 55% de minerales.

- Metales pesados, sustancias tóxicas. Se debe analizar el lodo para detectar las sustancias tóxicas y evitar cualquier alteración en el proceso de digestión. Cuando se exceden ciertos límites de concentración, puede haber una producción menor de gas, como puede apreciarse en la Tabla 14.

Tabla 14. Límites de concentración de los componentes más importantes de las aguas residuales comerciales, que tienen efectos tóxicos en el

proceso de digestión

Sustancia

Límites de concentración por encima de

los cuales, se inicia la reducción de la producción de gas alterándose así la digestión del lodo

Observaciones

mg/l en el agua residual

% con respecto a los sólidos secos del lodo

Amoniaco - 2Depende del valor del pH del lodo.

Cuanto mayor sea el valor, mayor será la toxicidad.

Arsenato 4 - -

Gasolina - 1 -

Benceno, tolueno, etc.

- 2Niveles parcialmente inferiores

(por encima de 0,1%)

Plomo - 0,2 -

Cadmio 1-5 0,2 -

Hidrocarbonos clorados

10 0,01

Depende de las estructuras de

los compuestos, debido a su

alta densidad en el lodo.

Cromo trivalente 10 1-2

Concentración en el lodo debido a

una precipitación posible

aclimatización si esta es pasajera.

Cromo 1-2 0,05-0,4 Igual al anterior.25

hexavalente

Cianuro 2 0,01-0,02 Igual al anterior

Formaldehído - 0,2 -

Cobre 1 0,1-0,5Posible concentración en el lodo

desde valores debajo de 1,0 mg/l en el agua residual.

Solventes, como alcoholes, etc.

- 0,5-1Varía según el tipo de solvente, menores cantidades con efecto estimulante

Níquel 1-10 0,2-1 -

Aceites, aceite lubricante, etc.

- - Mayor alteración física, capa de nata

Fenoles - 0,2-0,4 -

Tiocianato - 1Niveles parcialmente menores

(por encima de 0,3%)

Sales - 10Depende del catión y otros factores, la toxicidad aumenta en la secuencia

Ca, Mg, Na, K, NH4

Sulfatos - 1Fuerte formación de sulfuro de

hidrógeno

Sulfuros, compuestos –S orgánicos

- 0,1 Niveles variables

Surfactantes 30-40 0,5-1,0La espuma es afectada según el tipo de surfactante

Zinc 3-10 0,3-0,5 -


En general, se señala que un digestor en buen estado de funcionamiento puede absorber más cargas intermitentes tóxicas cuanto mayor sea el valor de pH, el consumo de ácido y la carga de sustancia que el digestor aún pueda procesar adecuadamente. Sin embargo, el uso agrícola de este tipo de lodos exige atención especial. Esto también, se aplica cuando hay presencia de metales pesados.

- Capacidad deshidratante. Las propiedades de deshidratación, se determinan de filtro o preferencia, en un lecho de arena. Este análisis sirve para determinar el tiempo que transcurre hasta que el lodo se solidifica. El comportamiento del lodo en el papel de filtro también permite determinar si se le debe deshidratar según si está fresco, digerido por completo, lavado mecánicamente o condicionado con agentes precipitantes.

- Valor calórico. Según su contenido de sustancias orgánicas, los lodos de las aguas residuales poseen un valor calorífico más o menos elevado. Los lodos de las aguas residuales municipales y domésticas presentan una relación estrecha

26

entre la pérdida a temperatura alta como medida de la sustancia orgánica y el valor calorífico. Cuando este último, se expresa como límite superior Ho (es decir, cuando los productos de la incineración enfrían hasta alcanzar la temperatura inicial, toda el agua presente en este proceso está en estado líquido, se puede esperar un valor calórico de aprox. Ho = 26 kJ por 1 g de pérdida de calor de temperatura alta; de acuerdo a NIEMITZ, los valores son de 5 a 10% mayores para los lodos frescos.

La Tabla 15 presenta una relación de los valores calóricos de diferentes tipos de lodos de agua residual.

Tabla 15. Valores calóricos de lodo de agua residual

Tipo de lodo Sólidos

%

Pérdida al calor a alta temperatura

Ho kJ por g de sólidos calculados empíricamente

Lodo crudo 7,7 63,3 17,4 16,5

Lodo ligeramente digerido 4,5 52,2 13,4 13,6

Lodo bien digerido 9,2 40,8 11,1 10,6


- Organismos patógenos, quistes de parásitos, etc. El lodo fresco puede contener toda clase de organismos patógenos, quistes de parásitos y otros organismos similares que subsisten en los excrementos humanos o animales. Por lo tanto, esta clase de lodo constituye un material sumamente importante desde el punto de vista epidemiológico y sanitario. Las condiciones existentes en un digestor en buen estado de funcionamiento son tan favorables para las bacterias metanogénicas que los organismos patógenos perecen o su virulencia se ve debilitada. De la misma forma, los quistes de parásitos mueren o pierden su capacidad de desarrollo durante el proceso de digestión. Sin embargo, debido al contenido de organismos patógenos, el tratamiento directo de un terreno con lodo de agua residual digerido por completo siempre exigirá adoptar ciertas medidas de precaución. La aplicación del mantillo adecuado, por ejemplo, en combinación con residuos sólidos, proporciona una mayor seguridad. Sólo la pasteurización (a 70ºC) o la deshidratación al calor (a más de 100ºC) proporciona una seguridad definitiva.

Las características de los lodos urbanos pueden resumirse en las siguientes Tablas 16, 17, 18.

27

Tabla 16. Características de los lodos

Características de los lodos

Lodos primarios

Lodos secundarios

Digeridos (mezcla)

S.S g/hab. d 30-36 18-29 31-40

Contenido de agua (%) 92-96 97,5-98 94-97

S.S.V (% S.S) 70-80 80-90 55-65

Grasas {% S.S) 12-16 3-5 4-12

Proteínas (% S.S) 4-14 20-30 10-20

Carbohidratos (% S.S) 8-10 6-8 5-8

pH 5,5-6,5 6,5-7,5 6,8-7,6

Fósforo (P) (% S.S) 0,5-1,5 1,5-2,5 0,5-1,5

Nitrógeno (N) (%S.S) 2-5 1-6 3-7

Bacterias patógenas (N°por 100 mi)

103-106 100-100 10-100

Organismos parásitos (N°por 100 mi)

8-12 1-3 1-3

Metales pesados (% S.S) (Zn, Pb, Cu)

0,2-2 0,2-2 0,2-2

Fuente: Depuración de Aguas Residuales, Aurelio Hernández Muñoz, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, PARANINFO S.A., España, 1.998.

La composición tipo de los lodos de las PTAR en la Comunidad Europea queda reflejada en la siguiente Tabla 17.

Tabla 17. Composición de lodos en la C.E.E.

Composición de los lodos de las PTAR (C.E.E.)

Características de los lodos Tipos de lodo

Elemento o criterio característico

Unidades

Frescos de decant. primar

Biológicos

a. Lechos

b. Lodos activados

Mal digerido

(fermentación acida)

Bastante bien digerido

Bien digerido

Muybien digerido

pH 5,0-7,0 6,0-7,0 6,5-7,0 6,8-7,3 7,2-7,5 7,4-7,8

Materias secas/M.S (total de sólidos)

% en peso 5-10 a. 4-8

b. 5-3 4-12 4-12 4-12

4-12

Pérdidas al fuego % en peso de M.S. 60-75 55-80 55-70 50-60 45-55 30-45

Fuente: Depuración de Aguas Residuales, Aurelio Hernández Muñoz, Colegio de Ingenieros

28

de Caminos, Canales y Puertos, PARANINFO S.A., España, 1.998Tabla 18. Composición de lodos en la C.E.E.

Composición de los lodos de las PTAR (C.E.E.)

Características de los lodos

Tipos de lodo

Elemento o criterio característico Unidades

Frescos de decant. primaria

Biológicos

a. Lechos

b. Lodos activados

Mal digeridos

(fermen-tación acida)

Bastante bien digeridos

Bien digerido

Muy bien digeridos

Capacidad de combinación con ácidos

ppm. CaC03

milieq. /l

500-100

10-20

500-1000 a veces <500 10-20 a

veces <10

1000-2500 20-

50

2000-3500 40-

70

3000-4500

60-90

4000-5500

80-110

Ácidos volátiles

ppm CH3COOH

miliequiv./litro

1800-3600 30-601800-3600 30-602500-4000 y más

40-70 y más

1000-2500

15-40

100-1000

2-15

<100 <2

Materias solubles en éter% en peso de M.S. 10-35 5-10 2-15 2-8 1-6 1-4

Nitrógeno total N=% en peso de M.S

2-5a. 1,5-5,0

b. 3-10 1-5 1-3,5 0,5-3

Fósforo total P=% en peso de M.S.

0,4-1,3 0,9-1,5 0,3-0,8 0,3-0,8 0,3-0,8

Potasio k=% en peso de M.S.

0,1-0,5 0,1-0,8 0,1-0,3 0,1-0,3 0,1-0,3

Resistencia específica del filtro sec2 + g-1 109-1011 1010-10" 5,109-1010 109-1010 5,108-109 108-108

Poder caloríficocal/g M.S. 3750-4750 3500-5000 3500-4250 3000-3750 2500-3500 1500-250


5.7. Composición de otros lodos

Para otros residuos sólidos, cuyo tratamiento suele ser la digestión de los lodos, pueden darse las características señaladas en la Tabla 19.

29

Tabla 19. Características de varios residuos

Características de los residuos a digerir

Tipo residuo Estado ST (gr/l)

SV (gr/l)

DQO (mg/l) DBO (mg/l)

Excremento d animales S 250-300 _ _ _

Excrementos de vaca S 195 165 - -Purines de cerdo L 50 20 58.300 16.600Purines de cerdo L 32 - 44.000 180.000P. cerdo / vaca L 60 40 60.000 40.000Purines de vaca L 80 - - -Residuos de melaza L 50 45 48.000 40.000Res. Extr. proteínas L 41 30 38.000 -

L = Líquido ST = Sólidos totales DQO = Demanda Química de Oxígeno

S = Sólido SV = Sólidos volátiles - = Sin datos DBO = Demanda Bioquímica de Oxígeno


6. Problemas de los lodos

Los dos problemas más importantes en los lodos son:

o La concentración de los metales pesados, que puede reducir la fermentación en los digestores, y la posibilidad de inutilizar los lodos para uso en agricultura.

o La existencia de organismos patógenos, que pueden ser arrastrados por lixiviados y puestos en contacto con verduras en fresco, en el caso de un mal sistema de abonado.

6.1. Efectos de la presencia de metales pesados

En relación con los metales pesados, deben señalarse los siguientes efectos sobre la digestión:

o La toxicidad de los metales pesados sobre las bacterias decrece en el siguiente orden:

Cr>Cu>Zn>Cd>Ni

o Las concentraciones de los metales pesados, que reducen la producción de metano en un 10%, expresada en g/g de S.V. son:

Cr 3,37 x 10 -3

Cu 13,48 x 10-3

30

Zn 3,37 x 10-3

Ni 7,27 x 10-3

Cd 9,00 x 10-3

o La producción de gas disminuye, y el contenido de la materia orgánica permanece sin digerir, cuando la concentración de los ácidos grasos volátiles y sólidos volátiles aumenta en el licor mezcla del digestor.

Tabla 20. Concentraciones críticas de metales en los procesos biológicos.

Concentraciones críticas de metales que permiten procesos biológicos

Digestión anaerobiaMetales

Cr (vi) Cu Ni Zn

Digestión lodos primarios 50 10 40 10

Digestión combinados (1a + 2a) 50 5 10 10

Concentración en efluente 500 410 200

Lodos activados

Concentración en continuo en agua

10 1 1-2,5 0,08-1,0

Dosis en lodo 500 75 50 < 200 160


6.1.1. Sistemas experimentales para la dilución de metales pesados

Existen procesos para la eliminación de los metales pesados, entre otros:

o Disolventes orgánicos; Cd y Pb en presencia de tolueno; Zn y Cn con pirideno.

o Ácidos minerales (CIH) y complexonas, válido para Cn, Pb y Zn.

o Oxidación seguida de un ataque ácido.

o Precipitación química por neutralización, usando cal y potasio.

6.2. Efectos de la presencia de organismos patógenos

En cuanto a los organismos patógenos que pueden aparecer en las aguas residuales y

31

los lodos de las PTAR, pueden destacarseTabla 21. Organismos en lodos y enfermedades posibles

Patogenia y Enfermedad

Grupo Género Enfermedad

Bacterias Salmonella Tifus-Paratifus-Enteritis

Shigella Disenteria-ParadisenteriaEscherichia Enteritis (origen patógeno)Vibrio Cólera-Paracólera-Clostridium Gangrena-Tétanos-

BotulismoLeptospira LeptospirosisMycobacterium Tuberculosis-

Tuberculosisatípica

Virus Poliovirus Poliomelitis-Enteritis

Coxackievirus A Dolores de cabeza y Coxackievirus B Náuseas-MeningitisEchovirus Diarreas-HepatitisAdenovirus Fiebre-lnfecciones

Enteritis-ConjuntivitisAfecciones nerviosas

Rotavirus Gastroenteritis infantilReovirus Gripe-Diarreas-VirusHepatitis Virus A Hepatitis Agudas o

crónicas

Protozoos Entamoeba Giarda Disenteria amebiana Amebiasis o Disenteria amebiana

Tremátodos Schistosona Equistosomiasis

Céstodes Tenia Tenia-cisticercosis

Nemátodos Áscaris Ancylostoma Ascarisis Anquilostomiasis


6.2.1. Supervivencia de los organismos patógenos

A la existencia de estos organismos y sus efectos, debe unirse el problema que plantean por su supervivencia en las aguas, los vegetales y el suelo. Tiempos que figuran en la siguiente tabla:

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Tabla 22. Supervivencia de organismos patógenos

Supervivencia de los organismos patógenos

Organismo Medio Tiempo de supervivencia

(días)

Áscaris Ova Vegetales 27-35

Suelo 730-2.010Entamoeba histolytica

Vegetales 3Suelo 6-8

Mycobacterium tuberculosis

Agua 60 +

Suelo 180 +

Hierba 10-40Agua 30-90

Salmonella (spp.) Vegetales 3-40+

Suelo 15-280+

Pastos 200+

Hierba 100+

Salmonella typhi Vegetales 10-53

Lechuga 18-21Suelo 2-120Agua 87-104

Shigella (spp) Vegetales 7

Hierba 42Shigella sonnei Tomates 2-10Streptococus faecalis

Suelo 26-77Vibrio cholerae Vegetales 5.14Vibrio comma Agua 32Poliovirus Agua 20


6.2.2. Desinfección de los lodos urbanos

En cuanto a la desinfección de lodos urbanos pueden utilizarse:

o Tratamiento con cal, aumentando pH hasta 12.

o Irradiación entre 400 y 1800 Krad.

o Tratamientos térmicos de los lodos, como la pasteurización.

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7. Utilización y eliminación de lodo

El lodo de las aguas servidas es un producto residual propio de las sociedades industrializadas. Contiene sustancias indeseables en diversas cantidades, como es el caso de los metales pesados. En ese sentido, su utilización o eliminación presentará siempre ciertas dificultades.

7.1. Utilización del lodo de las aguas residuales en la agricultura

Por razones de índole económica, es importante considerar siempre la posible utilización de lodos en la agricultura. El lodo puede extenderse estando húmedo, o si fuese necesario, después de haber pasado por una etapa de deshidratación o de secado. Sin embargo es necesario cumplir con ciertos requisitos antes de aplicarlo en la agricultura.

o Debe eliminarse todo tipo de riesgo para la higiene o la salud del hombre y de los animales.

o El lodo no debe ayudar al incremento nocivo de sustancias indeseables en las plantas o en el suelo.

o El lodo no debe afectar la producción ni la calidad de las plantas cultivadas.

o El lodo de las aguas residuales debe contener una cantidad suficiente de humus y/o nutrientes.

La digestión (con los periodos de digestión comunes en la actualidad) y la estabilización aerobia no son suficientes para lograr la total eliminación de los gérmenes patógenos. Por lo tanto, casi siempre es indispensable desinfectar el lodo de las aguas residuales a fin de posibilitar su uso en la agricultura.

Se consideran los siguientes métodos de desinfección del lodo de aguas residuales:

o Con lodo líquido: pasteurización, estabilización termofílica aerobia (aeración recirculante, formación de mantillo líquido, aeración al calor) consolidación con cal viva, formación de mantillo en fosas o silos, exposición a la irradiación a partir de fuentes de cobalto o aceleradores de electrones.

o Con lodo deshidratado: formación de mantillo en células de degradación aeradas, estacionarios o móviles, con o sin la adición de sustancias tales como paja, aserrín, cáscaras, desperdicios, etc., adición de cala para ayudar a la deshidratación en las prensas filtrantes.

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7.1.1. Pasteurización

La temperatura de calentamiento y el tiempo de reacción son los factores decisivos al pasteurizar el lodo de aguas residuales que proviene de plantas de tratamiento físico-biológico. En experimentos realizados en instalaciones de pasteurización se ha comprobado la eliminación de salmonella y huevos de lombrices en un periodo de 30 minutos, a una temperatura entre 60 y 70ºC. También es posible que el proceso de pasteurización sea continuo.

Sin embargo, los métodos de funcionamiento que se emplean en Suiza han demostrado que el lodo digerido, después de la pasteurización, acaba por producir invariablemente una nueva contaminación con enterobacterias y salmomella (BREER y colaboradores).

En estudios realizados en Suiza sobre el particular se ha comprobado que la pasteurización del lodo crudo antes de la digestión (pasteurización preliminar) es un método seguro para prevenir una nueva contaminación.

7.1.2 Tratamiento termofílico aerobio de lodos

El tratamiento termofílico aerobio de lodos tiene como fin la descomposición de sus constituyentes orgánicos en productos inorgánicos finales mediante un proceso automático de degradación exotérmica. El requisito previo para este proceso es la aeración intensa con oxígeno atmosférico o puro.

En este proceso se desarrollan las bacterias termofílicas, aumentando la temperatura y acelerando la reacción (de 40 a 70ºC, según el grado de aislamiento del depósito).

En estudios realizados se ha comprobado que este método se basa en una coordinación entre la temperatura y el valor del pH para eliminar los organismos patógenos

Se puede decir como principio, que a una temperatura entre 40 y 55ºC, cuanto más bajo sea el valor del pH, más alta debe ser la temperatura, y cuanto más alcalino sea el pH, mas baja debe ser la temperatura. Sólo esta condición asegura la eliminación efectiva de la salmonella y otros virus. Los huevos de lombrices se eliminan sólo cuando se mantiene una temperatura de 50ºC durante más de 24 horas. Si se siguen los parámetros necesarios, la estabilización termofílica aerobia permite eliminar además de la Salmonella, también los virus y huevos de parásitos.

7.1.3 Compactación de lodos con cal viva

Cuando se emplea cal viva para compactar el lodo, se debe añadir antes de la deshidratación (20% ST).

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Luego de haber agregado la cal al lodo, se obtienen en 24 horas temperaturas que llegan a alcanzar entre 67 a 70ºC. El valor final del pH es de aproximadamente 13,5. La salmonella y los huevos de lombrices que se introdujeron junto con el lodo fueron eliminados después de sólo 2 horas de exposición a la cal viva.

7.1.4 Formación de mantillo

Cuando se forma mantillo con lodo digerido y paja, el lodo se esparce junto con fardos de ese material, y luego se mezcla todo haciendo uso de un equipo de inversión. Se airea la mezcla del lodo y paja en descomposición, volteándola una vez por semana.

7.1.5 Formación de mantillo en bioreactores

Esta técnica es un método ininterrumpido para formar mantillo a partir de lodos. Se airea el lodo proveniente del fondo reactor a través de distribuidores especiales. El mantillo se forma mezclando el lodo deshidratado con aserrín, y normalmente se descarga a través del fondo, haciendo uso de trituradores, gusanos cónicos o brocas. En experimentos realizados se ha podido comprobar que este proceso produce un mantillo adecuado en términos sanitarios. Sin embargo, una alteración en la operación por ejemplo, debido a una avería del aerador, influirá negativamente en el efecto desinfectante.

Los métodos térmicos de acondicionamiento permiten una mayor desinfección.

7.1.6 Problemas con metales pesados

En la utilización agrícola de los lodos del agua residual, no sólo es importante la inocuidad en términos sanitarios sino también la concentración de metales pesados.

Las concentraciones tolerables de metales pesados se determinan en base a una cantidad máxima de lodo de 5 t ST/(ha.a). Los límites “finales” que establecen las normas de la República Federal de Alemania sobre el esparcimiento de lodos de agua residual (normas de lodos de agua residual) o los “valores mínimos recomendados” (Tabla 23) que se aplican actualmente en Baden-Württemberg permiten obtener las cargas de metales pesados que aparecen en el Tabla 24.

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Tabla 23. Límites o valores recomendados de concentración de metales pesados en los lodos de agua residual, en mg/kg de sustancia seca

Límites según las normas sobre lodos de agua residual

Valores recomendados en Baden-Württemberg

Por 8 años de transición

Límites finales Valores mínimos recomendados

Valores máximos recomendados

Plomo 1200 600 400 800

Cadmio 30 10 10 30

Cromo 1200 600 800 1200

Cobre 1200 800 400 600

Níquel 200 100 100 200

Mercurio 25 10 10 25

Zinc 3000 2000 2000 3000


Estos límites o valores recomendados y los consiguientes suministros permisibles de metales pesados se determinan con miras a no exceder las concentraciones tolerables en el suelo (Tabla 24) durante un periodo de aplicación de 50 a 100 años. Por lo tanto, en base al conocimiento actual, no se prevén restricciones en la producción de cultivos ni alteraciones de los mismos.

Tabla 24. Cantidades tolerables de metales pesados suministradas con el lodo de agua residual, y concentraciones tolerables en el suelo

Metal

Suministro tolerable en kg/(ha.a)

Concentración tolerable en el suelo

en mg/kg

Plomo 2,0 100

Cadmio 0,05 3

Cromo 4,0 100

Cobre 2,0 100

Níquel 0,5 50

Mercurio 0,05 2

Zinc 10,0 300

Fuente: Manual de Disposición de Aguas Residuales: Origen, Descarga, Tratamiento y Análisis de las Aguas Residuales, Tomo II, GTZ COOPERACIÓN TÉCNICA REPÚBLICA

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FEDERAL DE ALEMANIA, CEPIS, Lima, Perú-1.991.

38

Como puede apreciarse en la Tabla 25, las cantidades de los metales pesados consumidos por las plantas, son mucho menor que las que aparecen en la Tabla 26.

Tabla 25. Cantidades promedio de metales pesados consumidas por cultivos agrícolas por ciclo de rotación de cosechas

Suelos no contaminados Suelos contaminados*

Metales Consumo g/(ha.a.) % del suministro tolerable

g/(ha.a)

Plomo 10-20 0,5-1 15-30

Cadmio 0,5-2 1-4 10-30

Cromo 5-30 0,2-1 50-150

Cobre 20-50 1-3 30-70

Níquel 10-20 2-4 20-60

Zinc 100-350 1-3 600-1200

* 400 t ST/ha, lodo de agua residual sumamente contaminado durante muchos años, las concentraciones tolerables en el suelo se excedieron parcialmente en un buen número de veces.


Las cantidades reales de los metales pesados que se transfirieron al suelo junto con el lodo del agua residual están muy por debajo de los valores máximos permisibles. Sin embargo, el equilibrio de los metales pesados en la aplicación de los lodos del agua residual refleja una marcada tendencia positiva, debido, especialmente, a que estos lodos no son la única fuente de transferencia de los metales pesados al suelo (inmisiones, fertilizantes, pesticidas agrícolas).

En ese sentido, se puede suponer que los metales pesados transferidos a los suelos cultivables junto con el lodo de las aguas residuales, permanecen, sobre todo, en la superficie del suelo, en donde siguen enriqueciéndose al repetirse la aplicación.

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Tabla 26. Contenido típico de metales en el lodo del agua residual

MetalLodo seco,

mg/kg, mediana

Arsénico 10

Cadmio 10

Cromo 500

Cobalto 30

Cobre 800

Hierro 17000

Plomo 500

Manganeso 260

Mercurio 6

Molibdeno 4

Níquel 80

Selenio 5

Estaño 14

Zinc 1700

Fuente: Ingeniería de Aguas Residuales, Volumen 2,Tratamiento, vertido y reutilización, Metcalf & Hedí,Tercera Edición, Mc Graw-Hill, España 1998.

El lodo de las aguas residuales contiene, además de componentes indeseables, nutrientes valiosos para los cultivos, en especial nitrógeno y fosfato (Tabla 27).

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Tabla 27. Cantidades promedio de metales pesados consumidas por cultivos agrícolas por ciclo de rotación de cosechas

1978 1979 1980

Número de muestras estudiantiles 83 298 237

Porcentaje de ST (%) 20,4 17,6 13,7

Porcentaje total de N (% en ST) 3,5 3,5 4,5

Fosfato (%P2O5 en ST) 2,4 2,2 2,3

Potasio (% K2O en ST) 0,2 0,2 0,2

Magnesio (% Mg en ST) 0,05 0,05 0,06

Materia orgánica (% en ST) 39,2 40,6 43,1


Sin embargo, en las diferentes plantas de tratamiento de agua residual, se pueden producir también concentraciones bastantes diferentes.

El lodo de agua residual deshidratado o en mantillo posee una cantidad menor de nutrientes pero una cantidad mayor de humus que el lodo líquido, debido a que contiene cantidades mucho mayor de materia orgánica.

Tabla 28. Comparación entre los niveles de nutrientes de los fertilizantes comerciales y el lodo del agua residual

NUTRIENTES, % NITRÓGENO FÓSFORO POTASIO

Fertilizantes típicos para usos agrícolas 5 10 10

Valores típicos para lodos estabilizados 3,3 2,3 0,3


7.2. Descarga del lodo del agua residual en los rellenos sanitarios

Cuando no se dispone de un área suficiente o no permiten las condiciones sanitarias (metales pesados, etc.) reutilizar los lodos, éstos deben ser depositados en rellenos sanitarios.

Los métodos de descarga del lodo de agua residual pueden clasificarse en dos grupos:

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o Descarga simple, en la cual sólo se deposita el lodo,

o Descarga combinada, en la cual el lodo se deposita conjuntamente con residuos sólidos.

En cada caso, como puede apreciarse en la Tabla 29, de acuerdo a KOHLHOFF, existen otras variedades de procesamiento. En todas estas alternativas, la descarga debe efectuarse cumpliendo con los requisitos establecidos respecto a la protección del agua subterránea (según lo señala la ley alemana referente a la economía del agua), así como con los requisitos de ley sobre la evacuación de los residuos. La descarga de los lodos, también en el caso de que sea simple, deberá ceñirse a las normas de evacuación de desechos.

Tabla 29. Alternativa para la descarga del lodo del agua residual

Descarga de los lodos de las aguas residuales

Descarga simple Descarga combinada

- Descarga líquida (poza o laguna)

- Descarga de lodo deshidratado

- Descarga compacta con trituración preliminar

sin trituración preliminar

- Rellenos de degradación

- Descarga de desechos prensados


Sólo, se debe considerar la descarga simple de los lodos en casos excepcionales, ya que el área total necesaria para efectuar un depósito por separado es mucho mayor. Conviene, por tanto, optar por la descarga combinada con los residuos sólidos domésticos.

Se recomienda una mayor deshidratación del lodo para mantener la vida útil de los rellenos, lo cual depende de parámetros importantes tales como el contenido de agua, la cohesión y la resistencia a la fricción.

Aún, se desconocen los efectos que ejercen a plazo largo los procesos de conversión en el relleno sobre la estabilidad del lodo. Por esta razón, habrá que prever las medidas de seguridad necesarias en el momento de tratar las dimensiones del relleno sanitario.

Es necesario establecer cronogramas de vaciado en los rellenos sanitarios para efectuar las descargas combinadas más ordenadamente.

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7.3. Formación del mantillo a partir de los lodos del agua residual

Conviene formar el mantillo de los lodos combinándolos con desechos triturados. Cuando tiene un contenido de agua del 25 a 30%, el lodo posee la humedad que los desechos necesitan para formar el mantillo. Por otro lado, los desechos deshidratados proporcionan las cavidades necesarias de aire. La mezcla de los desechos y el lodo del agua residual deben tener una humedad de 40 a 60%. Para ello es necesaria la deshidratación previa del lodo de agua residual en un 70%.

En esta mezcla existe, además, una relación entre el nitrógeno y carbono de aproximadamente 15: 1, lo cual favorece la formación del mantillo al compensarse la falta de carbono en el lodo con la adición de los desechos.

Si se considera la instalación de una planta de transferencia del lodo en mantillo, la condición fundamental es asegurar la colocación de este último.

7.4. Descarga de los lodos en alta mar

El transporte de los lodos en embarcaciones y su descarga en alta mar es una solución que se aplica en las zonas costeras, a pesar de tratarse de una práctica de resultados dudosos, ya que los océanos y mares no tienen una capacidad ilimitada de absorción de los contaminantes.

7.5. Incineración y secado de lodos

El agua del lodo que resulta después de la deshidratación acaba por vaporizarse. Este proceso requiere energía térmica. La separación del agua del lodo de los sólidos en los procesos mecánicos de deshidratación resulta menos costosa que los métodos térmicos. Sin embargo, dado que la concentración del agua después de la deshidratación es aún del 50 al 80%, se pueden aplicar métodos de secado para vaporizar el agua restante.

El lodo seco debería contener menos de un 10% de agua, y en este caso puede ser triturado y utilizado como fertilizante. Las temperaturas elevadas aseguran la desinfección.

Existen dos tipos de equipos: desecadores de gas de los conductos y desecadores por contacto.

La incineración del lodo permite reducir, al máximo, su volumen y ahorra los gastos que demandan el área de evacuación y transporte. Sólo, se puede inflamar el lodo del agua residual que va a incinerarse cuando se ha evaporado el agua adherida a los sólidos. A diferencia de los métodos de secado que suministran energía térmica externa para evaporar el agua, el proceso de incineración de lodos puede utilizar parcial o totalmente la energía térmica inherente a la sustancia seca lodosa.

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Se denomina incineración autónoma o automática a aquel proceso que utiliza el calor de la incineración para el secado de los lodos.

No obstante, el requisito previo es que el lodo haya sido adecuadamente deshidratado. La subsecuente evaporación del agua (secado) puede producirse total o parcialmente en el horno. Recientemente, se ha desarrollado un sistema que consiste en la instalación ocasional de desecadores separados antes del horno. Estos, se calientan generalmente con el calor residual proveniente del incinerador.

Se utilizan estufas cilíndricas giratorias de secado, hornos de varios niveles, hornos de lechos fluidificados y hornos centrifugados con lechos superpuestos.

El valor térmico del lodo del agua residual es bajo; el de los desechos es generalmente excesivo. Si no se utiliza el calor de la incineración de los desechos para otros propósitos, como sería la generación de vapor, la incineración combinada del lodo del agua residual y los desechos podría ser una solución práctica. Mayormente, ambas sustancias, se incineran juntas en incineradores convencionales de desperdicios.

8. Diagramas de procesos de tratamiento de los lodos

A manera de ilustración, se presentan diagramas de las operaciones y los procesos de tratamiento de los lodos:

La Figura 1 presenta un diagrama de las operaciones y los procesos de tratamiento de las aguas residuales y los lodos generados de una industria tomada como ilustración.

La Figura 2 presenta un diagrama general de los distintos procesos y operaciones unitarios para el tratamiento de los lodos generados en el tratamiento de las aguas residuales; como se puede observar, las combinaciones posibles son muy numerosas.

La Figura 3 presenta un diagrama para utilizar espesamiento, estabilización y deshidratación con tres tipos de lodos: primario, secundario y primario + secundario. Debido a que la presencia de vertidos industriales y otros residuos tóxicos provoca problemas en la operación de los digestores biológicos, algunas plantas se han diseñado incorporando otros medios de tratamiento.

La Figura 4 presenta un diagrama para el manejo de lodos utilizando un espesador a gravedad.

La Figura 5 presenta un esquema para el manejo de lodos utilizando un espesamiento por centrifugación.

La Figura 6 presenta un diagrama para el manejo de lodos utilizando el espesamiento mediante flotación con aire disuelto.

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La Figura 7 presenta un diagrama típico del flujo de un filtro al vacío para la deshidratación de los lodos.

La Figura 8 presenta un diagrama para el mejoramiento de sistema de digestión de lodos, de tasa baja usando un pre-espesamiento del lodo combinado y los mejoramientos al digestor primario.

45

9. Transporte de lodos

En función del volumen del lodo residual y la distancia a recorrer hasta el sitio de vertido, el costo y otras consideraciones del transporte pueden resultar significativos. El lodo líquido puede transportarse en tuberías, camiones gabarras o ferrocarril. Los camiones y las vagonetas, se emplean para transportar el lodo deshidratado. En casi todos los casos, sólo las tuberías o los camiones pueden realizar el transporte completo desde el punto de producción al punto de tratamiento. El método más empleado es el transporte por carretera mediante camiones debido a su flexibilidad, costos bajos de operación y capacidad de transportar tanto residuos sólidos como líquidos. La Tabla No. 30 muestra una lista de control para los diferentes métodos de transporte de los lodos.

Tabla 30. Lista de control para el transporte de lodoNo.1 Característica del lodo:

a. Cantidad: máxima, media, mínimab. Contenido en sólidosc. Posibles olores

2 Red de tuberías:a. Consideración de trazados alternativos.b. Distancia.c. Cambios en la presión provocados por la diferencia de cotas (sobre-presión, vacío)d. Programa de operacióne. Selección de la conducción (velocidad, tamaños máximo y mínimo, pérdidas por

fricción, control de la corrosiónf. Instalaciones de bombeo (número y localización de las instalaciones de bombeo,

número y tipo de bombas, energía de bombeo, estructura de la estación, instalaciones auxiliares, control).

g. Medidas para la limpieza.h. Plan de emergencias (almacenamiento, fallo de corriente eléctrica)i. Condiciones de excavación (suelo, otras instalaciones del subsuelo, carreteras,

encrucijadas de ferrocarril).j. Procedimientos de adquisición del terreno (cesiones ya existentes para otras

instalaciones, acuerdos con los propietarios del terreno, expropiación.3 Camiones

a. Consideración de rutas alternativas.b. Distancia, velocidad y duración del trayectoc. Compatibilidad de las rutas propuestas con las carreteras existentes y su tráfico

(límites de altura y peso, giros, límites de velocidad, atascos, anchura de la carretera, cambios de cota, control de tráfico (paradas, etc.)

d. Calendario de operación (duración de la carga, distancia, duración de la descarga, recarga de combustible, mantenimiento diario).

e. Consumo de combustible.f. Requisitos de mano de obra.g. Selección y adquisición del camión.h. Tipo de contratoi. Instalaciones requeridas (carga, descarga, mantenimiento del vehículo, recarga de

combustible, aparcamiento, limpieza, almacenamiento de lodo). 4 Impacto ambiental

(Aire, suelo, agua superficial, agua subterránea, sociedad, salud, economía, impactos históricos y arqueológicos, impactos en áreas sensibles).

5 Regulaciones y normativas:a. Protección de las aguas superficiales.b. Carga y descarga del lodo.c. Código de la construcción.d. Informe de vertidos accidentales.

Fuente: Manual de la Referencia de la Ingeniería Ambiental, Robert A. Corbitt, Mc Graw-Hill Interamericana de España, S. A. U., 2003.

54

10.Métodos de tratamiento para los lodos

El tratamiento y la disposición eficiente de los lodos de una PTAR requieren conocer las características de los sólidos y el lodo por procesar, y la aptitud de los diferentes sistemas de procesamiento y la facilidad de acceso a las opciones diferentes de disposición final. El volumen del lodo depende principalmente de su contenido de agua y muy poco del carácter del material sólido. El contenido de agua, se expresa normalmente como porcentaje en masa; por ejemplo, un lodo con 90% de humedad contiene un 90% de agua en masa y un 10% de sólido en masa. Mediante la evaporación de la humedad e ignición del residuo, se determinan las fracciones volátiles, SSV, y fija, SSF, de los sólidos (porciones orgánica y mineral). La Tabla 31 presenta las características de los lodos en términos de humedad y densidad relativa.

Tabla 31. Características de los lodos en términos de humedad y densidad relativa

Tipo de tratamiento y lodo Sólidos secos g/cd

Contenido de sólidos %

Sedimentación simple Crudo, húmedo 54 2.5 – 5 Digerido, húmedo 34 10 – 15 Digerido, secado al aire 34 45Lodos activados Convencional, húmedo 31 0.5 – 1.5 Primario y convencional, húmedo 85 4 – 5 Primario digerido y convencional, húmedo 55 6 – 8 Primario digerido y convencional, secado al aire 55 45 Convencional espesado, húmedo 31 1 – 2 Convencional espesado digerido, húmedo 20 2 – 3Filtro percolador de tasa alta Secundario, húmedo 20 5 Primario y secundario, húmedo 74 5 Primario y secundario digerido, húmedo 48 10 Primario y secundario digerido, secado al aire 48 45Filtro percolador de tasa estándar Secundario, húmedo 13 5 – 10 Primario y secundario, húmedo 67 3 – 6 Primario y secundario digerido, húmedo 43 10 Primario y secundario digerido, secado al aire 43 45Precipitación química Crudo, húmedo 90 2 – 5 Digerido 57 10

Fuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES – Teoría y principios de diseño, Jairo Alberto Romero Rojas, Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería.

En las Figuras 9 y 10, se resumen las opciones principales para el tratamiento y la disposición de los lodos, mientras que en la Figura 11, se describe la función principal de los procesos de tratamiento de los lodos.

55

Figura 9 Procesos principales de tratamiento y disposición de lodos.

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Concentración

Digestión

Acondicionamiento

Desecación

Secado

Incineración

Disposición

- Desenredado- Sedimentación- Espesadores mecánicos- Flotación- Centrifugación

- Aerobia- Anaerobia- Oxidación húmeda

- Química- Calor- Congelamiento

- Filtros prensa- Filtros al vacío- Centrifugación- Rejillas vibratorias

- Lechos de secado- Calor- Otros

- Incinerador de horno múltiple- Secado instantáneo- Incinerador de lecho de fluido

- Aplicación sobre suelo- Incineración- Relleno sanitario- Lagunas- En el mar

Figura 10 Procesos de tratamiento de lodos.


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Por gravedad

Por flotación

Digestión aerobia

Digestión anaerobia

Filtro al vacío

Filtro de banda

Filtro de presión

Centrífugas

Lagunas

Lechos de secado

Incineración

Pirólisis

Relleno sanitario

Sobre el suelo

Lagunas

Océano

Espesamiento Estabilización Secado Reducción Disposición

Lodo del sistema de

tratamiento de agua

Figura 11 Función principal de los procesos de tratamiento de lodos.


11. Espesamiento de los lodos de las aguas residuales

Es, generalmente, la primera etapa del tratamiento de los lodos. Se utiliza espesamiento por gravedad o flotación con aire disuelto para mejorar las operaciones de los digestores, rebajar el costo de la digestión y reducir el volumen de lodo.

1. Espesamiento por gravedad

La sedimentación es un método común para separar los sólidos de los líquidos en el tratamiento de agua. Cuando la separación es para producir un efluente libre de sólidos, se llama clarificación y un lodo concentrado, se denomina espesamiento.

58

Separación de sólidos

Espesamiento

SedimentaciónFlotaciónCribadoFiltración

Estabilización

GravedadFlotaciónCentrifugaciónFiltros al vacíoRejillas

FUNCIÓNSeparación del material sólido.

Espesamiento de los sólidos separados para aumentar la concentración y reducir el volumen total.

Mediante una forma de oxidación, reducir el volumen de lodo y hacerlo inocuo, es decir, tratamiento de materia orgánica y de los organismos patógenos.

Mediante remoción de una porción importante de agua reducir aún más el volumen del lodo.

Ubicación final del lodo tratado.

Digestión aerobiaDigestión anaerobiaTratamiento con calorTratamiento químico

Remoción de agua y secado (con acondicio-

namiento mediante químicos o sin él)

Lechos de secadoCentrífugasFiltros al vacíoFiltros de presiónRejillas vibratorias

Disposición

IncineraciónRelleno sanitarioAplicación sobre el sueloDisposición en el marLagunas

Los espesadores por gravedad son sedimentadotes dotados con barredoras de lodo para producir un lodo más concentrado que el aplicado.

El espesador, se diseña con base en una concentración específica esperada del lodo espesado, una carga másica determinada y una carga de rebose de 16 a 32 m/d, 32 (m3/d)/m2, para los lodos primarios y 2 a 8 m/d para los lodos secundarios. Sin embargo la carga hidráulica no debe ser excesivamente baja porque, se pueden producir condiciones sépticas, olores desagradables y lodos flotantes. Valores típicos de carga másica para espesadores a gravedad, se incluyen en la Tabla 32. El rendimiento de un espesador gravitacional puede mejorarse agregando coagulantes. La dosis requerida de coagulantes debe determinarse mediante ensayos de laboratorio; generalmente, se requieren de 1 a 6 mg/l de FeCl3; 5 a 12 mg/l de CaO.

Tabla 32. Cargas másicas para espesadores por gravedad

Tipo de lodo Concentración de sólidos del lodo aplicado,

%

Concentración esperada de sólidos del lodo espesado

%

Carga superficial de

sólidosKg/m2 d

Lodo primario 2 – 7 5 – 10 100 – 150Lodo activado 0.5 – 1.5 2 – 3 20 – 40Filtro percolador 1 – 4 3 – 6 40 – 50Biodiscos 1 – 3.5 2 – 5 35 – 50Digerido anaerobiamente 8 12 120Primario + activado 0.5 – 4 4 – 7 25 – 80Primario + filtro percolador 2 – 6 5 – 9 60 – 100Primario + biodiscos 2 – 6 5 – 8 50 – 65Primario + hierro 2 4 30Primario + cal 5 – 7.5 7-12 100 – 120Primario + lodo activado + hierro 1.5 3 30Primario + lodo activado + alumbre 0.2 – 0.4 4.5 – 6.5 60 – 80Lodo activado + filtro percolador 0.5 – 2.5 2 - 4 20 – 35


El lodo del tratamiento con lodos activados es difícil individualmente de espesar, por lo cual, se prefiere mezclarlo con lodo primario. El lodo primario y de la cal sedimentan más fácilmente y permiten obtener una concentración alta de sólidos sin acondicionamiento químico. Para el espesamiento de los lodos activados por gravedad deben tenerse en cuenta las precauciones siguientes:

o Si la temperatura del agua es mayor a 20ºC, sólo, se debe usar el espesamiento por gravedad cuando la edad de los lodos es mayor de 20 días. La edad del lodo, se refiere al número promedio de días que una partícula de sólido suspendido volátil, SSV, permanece en un reactor bajo aireación.

o Se debe mantener el lodo en el espesador menos de 18 horas para reducir los efectos indeseables de la actividad biológica.

o Se debe seleccionar un tanque con diámetro menor a 12 m.

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Los espesadores por gravedad tienen generalmente forma circular, con profundidades de 2 a 5 m y diámetros de 3 a 30 m para prevenir problemas de gasificación y flotación debido al incremento en el tiempo de retención y la actividad anóxica resultante. Se usan pendientes del piso entre 1:4 y 1:8 (12,5 a 25%), para profundizar el manto de lodo en el área central, permitir menor tiempo de retención y maximizar la profundidad del lodo sobre la tubería de extracción. Dependiendo de la temperatura, el lodo primario puede retenerse en el espesador, entre dos y cuatro días, sin problemas; sin embargo, se recomiendan retenciones del lodo de uno a dos días para una operación apropiada.

Las unidades combinadas de clarificador/espesador, por gravedad, son tanques circulares con una sección central más profunda que actúa como espesador gravitacional.

Los mecanismos de espesamiento pueden incluir estacas para ayudar a desprender el agua del lodo y son más pesados que los usados en los sedimentadotes primarios. También, se utilizan desnatadores para remover la espuma y el material flotante. Para prevenir los problemas de la limpieza de la tubería de los lodos, porque las pérdidas de energía son altas, se debe proveer una longitud de succión de los lodos lo más corta posible, velocidades de flujo de 1 a 2 m/s y, si es el caso, se deben diseñar dos tuberías de extracción de lodos. El tipo de barredoras de lodos varía de un fabricante a otro; tienen el propósito de prevenir la acumulación de los sólidos gruesos y los lodos parcialmente deshidratados sobre el fondo del espesador, aunque en muchas aplicaciones, la mayor parte de los sólidos alcanza la tolva de descarga sin ayuda significativa del sistema de barrido. El mecanismo de barrido debe tener un momento de torsión suficiente para vencer la resistencia viscosa del lodo y las cargas acumuladas sobre las cuchillas. Para una vida útil prolongada debe operar normalmente con un momento de torsión del 10% del momento máximo nominal de torsión. En los espesadores, la velocidad periférica de la barredora de los lodos, se mantiene entre 0,08 y 0,10 m/s.

2. Espesamiento por flotación

El espesamiento por flotación con aire disuelto, FAD, es una separación de los sólidos del líquido mediante la introducción de burbujas finas de aire dentro de la fase líquida. Las burbujas, se adhieren a los sólidos y el empuje combinado del gas y el sólido hacen que suban a la superficie del líquido donde son removidos. Se aplica a los lodos gelatinosos como los lodos activados y livianos de los filtros percoladores. Para los lodos primarios y combinados, se prefiere el espesamiento por gravedad.

En el sistema de FAD más usado para el espesamiento de los lodos, se hace una presurización de una porción del subnadante del tanque de flotación y se mezcla con los lodos afluentes antes de entrar en la unidad de flotación. El caudal recirculado puede ser hasta el 100% del afluente y presurizado entre 240 y 480 kN/m2 (40 y 70 psi). El aire, se introduce al tanque de saturación y disuelve en el caudal recirculado. Entre el 40 y 90% del oxígeno y nitrógeno del aire que entra en el tanque, se disuelve en el líquido dentro del tanque de disolución. La válvula liberadora de presión controla la pérdida de presión y distribuye el caudal a medida que le aire, se desprende de la solución. El sistema FAD puede incluir como equipo adicional un dosificador de compuestos químicos para el

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acondicionamiento de los lodos y los diferentes elementos de control. El tanque de presurización puede estar equipado con estructuras internas como bandejas, empaques o toberas diseñadas para crear superficies de transferencia que mejoren la disolución del aire en el líquido. La tubería de recirculación, se calcula para producir una velocidad de flujo de 2 a 3 m/s, y fabrica, generalmente, en acero al carbón, calibre 40 a 80.

El rendimiento de un sistema de flotación de lodos FAD depende del tipo y las características del lodo aplicado. La aplicación principal del sistema de FAD consiste en espesarlos lodos del proceso de los lodos activados, siendo factores de gran influencia del índice volumétrico de lodos, IVL, la carga de sólidos, la relación aire/sólidos (A/S) y la aplicación de los polímeros para el acondicionamiento. El índice volumétrico de lodos, IVL, o índice de Mohlman es el volumen, en mililitros, ocupado por un gramo de lodo activado seco, después de sedimentar el licor aireado durante 30 minutos, en una probeta de un litro.

Un proceso FAD operado adecuadamente produce un lodo flotado con 3 a 6% de SST, 4% en promedio, para un lodo biológico aplicado con un IVL menor de 125 ml/g. El índice volumétrico de lodos, IVL, es una de las características físico-químicas que afectan el rendimiento del flotador. El IVL debe ser menor de 200 ml/g si redesea obtener una concentración de SST en el lodo flotado del 4% con dosis típicas de polímero.

Los tanques de espesamiento por flotación, se diseñan generalmente para cargas hidráulicas superficiales, (caudal afluente + caudal recirculado)/área de flotación, de 30 a 120 m/d, 30 a 120 (m3/d)/m2. Cargas hidráulicas mayores deterioran la concentración de los sólidos del lodo flotante al interferir con la formación de un manto de lodo estable flotado.

La carga de sólidos, flujo de sólidos aplicados/área de flotación, para espesadores por flotación, es de 14 a 57 Kg. /m2. h; generalmente, es menor de 23 Kg. / m2. h para el diseño sin la aplicación de polímeros, y de 28 a 42 Kg./m2. h para el diseño con aplicación de polímeros. La concentración de los sólidos, en los lodos aplicados, afecta la flotación de dos maneras diferentes; por una parte, influye sobre las características de flotación del lodo al incidir sobre su velocidad de ascenso y, por otra, altera la relación aire/sólidos. La relación aire/sólidos, masa del aire disponible para la flotación/sólidos del afluente, es el factor de mayor importancia en la operaciones de flotación. Para cada afluente existe una relación óptima, A/S, generalmente del 2 al 4%.

El lodo flotado, producido durante el proceso de flotación, lo debe remover el desnatador, el cual es, generalmente, de velocidad variable. El equipo, se opera para maximizar el tiempo de drenaje del material flotado, para remover solamente la porción más secadle lodo flotado e impedir que el manto de lodo, se expanda y pueda salir del sistema con el sobrenadante. En general, una profundidad del lodo flotante de 0,3 a 0,6 m es suficiente para maximizar su contenido de sólidos.

El uso de polímeros, en dosis típicas de 2 a 5 g de polímero seco por kilogramo de sólidos secos dosificados, 2 a 5 Kg. /Mg, puede mejorar el rendimiento de un sistema de FAD, especialmente cuando, se usan cargas hidráulicas y de sólidos altas, o lodos afluentes de IVL alto.

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Los espesadores por flotación, se construyen en forma rectangular o circular, de 9 a 170 m2 de área con relaciones longitud/ancho de 3/1 a 4/1 o de 30 a 130 m2, con diámetros de 6 a 13 m. Las unidades circulares son preferidas en plantas pequeñas y medianas, y las rectangulares en plantas donde la disponibilidad de terreno es escasa.

La barredora de lodos remueve los sólidos más pesados, no flotables, que se asientan en el fondo. Preferiblemente debe ser un sistema separado de desnatador, que opere sólo cuando, se requiera, para evitar pérdida en la captura de los sólidos; por lo regular, una vez por turno de operación. La unidad de flotación posee pantallas, para el paso, por debajo, del efluente clarificado, y un vertedero de rebose, para la descarga, al canal de salida. El vertedero controla el nivel del líquido dentro del tanque de flotación, con respecto a la caja de recolección del lodo flotante, y permite regular la capacidad y el rendimiento de la unidad de flotación.

12. Digestión de los lodos

Los lodos, producidos en el tratamiento de las aguas residuales, constituyen una concentración de los contaminantes presentes en el agua residual, y, en consecuencia, contienen microorganismos, materia viva y elementos orgánicos prestos a comenzar las fermentaciones correspondientes, con los problemas que se derivan.

Salvo en los procesos de los lodos activados, variación aireación extendida, tanto los lodos extraídos del tratamiento primario como secundario, precisan un tratamiento posterior de digestión, salvo casos excepcionales. En el proceso de digestión, se pretende:

o Disminución de las materias volátiles.

o Mineralización de la materia orgánica.

o Concentración de los lodos.

1. Digestión anaeróbica de los lodos de las aguas residuales

La digestión anaeróbica, se utiliza principalmente para estabilizar los lodos primarios y secundarios. El primario es un lodo digerible con fuerte olor fecal. La reducción de los sólidos volátiles es el criterio usado para medir el rendimiento de los procesos de digestión de los lodos. El resultado de la digestión es reducir el contenido volátil a cerca del 50%, y los sólidos, a aproximadamente, a un 70% de los valores originales. Los sólidos orgánicos remanentes son de naturaleza homogénea, relativamente estables, con olor a alquitrán; sin embargo, la deshidratación del lodo digerido es difícil. El proceso convencional de la digestión anaeróbica, se efectúa en dos fases: la primera, con calentamiento y mezcla, produce la mayor cantidad de gas, y la segunda, es una fase de asentamiento tranquilo usada para el almacenamiento, el espesamiento del lodo digerido y la formación de un sobrenadante claro. El sobrenadante, rico en material orgánico soluble (DBO hasta 10.000 mg/l), se recircula para el tratamiento aeróbico en la

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PTAR y el lodo digerido es extraído para el secado y la disposición final.

La digestión anaeróbica de los lodos también, se practica en los digestores convencionales de una sola etapa, siendo similar el proceso, pero efectuándose en un solo tanque.

El proceso de digestión anaeróbica de tasa baja es el más antiguo, también conocido como convencional o de tasa estándar. En estos digestores, el lodo, se dosifica intermitentemente al digestor, sin mezcla y calentamiento. En el digestor de tasa baja ocurrirá una estratificación de cuatro capas: espuma, sobrenadante, sólidos en digestión activa, y sólidos digeridos e inertes. El sobrenadante y sólidos digeridos, se extraen periódicamente. Debido a la estratificación y a la carencia de mezcla, sólo un 50% del volumen total del digestor es usado efectivamente; por ello, el proceso de tasa baja, se usa en especial en plantas pequeñas.

En los sistemas de dosificación discontinua, el lodo, se agrega generalmente una vez al día. Como las bacterias productoras de ácidos e hidrógeno crecen más rápido que las bacterias que utilizan ácido e hidrógeno, la dosificación intermitente o en tandas, tipo “batch”, conduce a crecimientos súbitos de producción de ácido e hidrógeno que pueden ocasionar disminuciones del pH sino existe alcalinidad suficiente; por ello, se recomienda una dosificación continua.

En un digestor de tasa alta, todas las reacciones del proceso de conversión anaeróbica de los residuos orgánicos ocurren simultáneamente en el mismo tanque. En condiciones de estado permanente, la operación debe estar equilibrada para que no exista acumulación de productos intermedios, lo que depende de muchos factores como la composición del lodo, la concentración, el pH, la temperatura y la mezcla; sin embargo, generalmente, se supone que la tasa de reacción global del proceso está controlada por la tasa de conversión de los ácidos volátiles en metano y CO2. Las fallas de un digestor anaeróbico ocurren cuando, se desequilibra el mecanismo de reacción anaeróbica y acumulan ácidos volátiles. La concentración de los ácidos volátiles y grasos con seis o menos átomos de carbono, olores picantes, solubles en agua y destilables como vapor a presión atmosférica, es un parámetro muy importante en el control de la operación del digestor. Las condiciones óptimas para la fermentación del metano, se resumen en la Tabla 33.

Tabla 33. Condiciones ambientales para fermentación del metano

Variable Intervalo óptimo MáximopH 6.8 – 7.4 6.4 – 7.8POR, Mv (-520) – (-530) (-490) – (-550)Ácidos volátiles como ácido acético, mg/L 50 – 500 >2000Alcalinidad, mg/L 1500 – 2000 1000 – 3000Relación Av/alcalinidad < 0,4 0,5NH4, mg/L – N - 3000Na, mg/L - 3500 – 5500K, mg/L - 2500 – 4500Ca, mg/L - 2500 – 4500Mg, mg/L - 1000 – 1500Producción de gas m3/kg SV destruidos 1,0 – 1,3 -Producción de gas m3/kg DQOR 0,31 – 0,44 -%metano en el gas 65 – 70 -Temperatura 32 - 38 -

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Fuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES – Teoría y principios de diseño, Jairo Alberto Romero Rojas, Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería.Los criterios operacionales que definen a los digestores de tasas baja y alta, se resumen en la Tabla 34.

Tabla 34. Criterios operacionales de digestores de lodos

Parámetro Tasa baja Tasa altaTemperatura, °C 30 – 35 30 – 35

Tiempo de retención, d 30 – 60 ≤ 15Carga de sólidos, kg SV/m3d 0,5 – 1,6 1,6 – 8

Dosificación Intermitente Continua o intermitenteExtracción Intermitente Continua o intermitente

Mezcla No (estratificado) Si (homogeneizado)


El volumen de un digestor anaeróbico debe ser suficiente para que exista un tiempo adecuado de residencia del lodo para obtener una destrucción significativa de los sólidos volátiles. La edad del lodo o tiempo de retención de los lodos (θc) en el digestor, se define por la ecuación:

El tiempo de retención hidráulico (θ) del digestor se define por la ecuación:

En los digestores sin recirculación θc y θ son iguales.

La temperatura determina la tasa de digestión y establece el θc mínimo requerido para lograr una destrucción específica de los sólidos volátiles, La mayor parte de los digestores anaeróbicos operan en el rango mesofílico de 35ºC, aunque también, se operan en el rango termofílico de 55ºC. Sin embargo, es más importante asegurar una temperatura lo más constante posible para prevenir variaciones de temperatura mayores de 1ºC/d que afectan seriamente a organismos tan sensibles como las bacterias metanogénicas. Al proceso termofílico de la digestión de los lodos, se le han atribuido las ventajas siguientes:

o Una tasa más alta de destrucción de la materia orgánica.

o Características mejores de secado del lodo digerido.

o Mayor mortalidad de los patógenos.

Las desventajas:

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o Mayor consumo de energía.

o Deterioro de la calidad del sobrenadante.

o Menor estabilidad del proceso.

En general, con valores prolongados de θc, la eficiencia del proceso es esencialmente independiente de la temperatura en el intervalo de los 20 a 35ºC. Por otra parte, O΄Rourke ha demostrado que a 15ºC, la fracción lípida (ácidos grasos) no se descompone aún a valores de θc = 60 d.

El pH óptimo de las bacterias del metano oscila entre 6,8 y 7,2; la formación de ácidos tiende a bajar el pH, pero la fermentación del metano produce alcalinidad, en la forma de amoníaco que actúa como “buffer” de la acidez.

Configuración: los digestores anaeróbicos son generalmente tanques cilíndricos o rectangulares. Los tanques cilíndricos tienen una relación profundidad/diámetro de 0,3 a 0,7 para facilitar la mezcla, fondo cónicos con pendientes 1/6 a ¼ y bocas para la extracción de los lodos por el centro del cono y uno o más puntos intermedios entre el fondo del digestor y nivel máximo del agua en el digestor. Se recomienda, además, dejar un espacio libre adicional de 0,9 a 1,5 m de longitud para la acumulación de la espuma y borde libre. El cono del fondo, no se incluye en el cálculo del volumen útil del digestor para permitir la acumulación de la arena y el material no biodegradable. Los digestores en forma de huevo optimizan la mezcla y reducen la acumulación de espuma y arena.

Mezcla: los estándares típicos para el diseño de los diferentes sistemas de mezcla empleados en los digestores anaeróbicos de tasa alta (sistemas de inyección de gas no confinado, agitación mecánica y bombeo mecánico), se incluyen en la Tabla 35

Tabla 35. Estándares de diseño para sistemas de mezcla de digestores anaerobios

Estándar Definición ValorNivel de potencia Potencia del equipo por unidad de

volumen digestor5 – 8 W/m3

Flujo unitario de gas Cantidad de gas suministrado por unidad de volumen de digestor

6,5 – 7,2 m3/m3.d

Gradiente de velocidad Raíz cuadrada de la potencia usada por unidad de volumen de digestor dividida por la viscosidad del lodo

50 – 80 s-1


2. Digestión aeróbica de los lodos de las aguas residuales

La digestión aeróbica de los lodos de las aguas residuales es el método más usado con caudales menores de 19.000 m3/d para estabilizar su componente orgánico. En las plantas grandes no es el método preferido por los costos altos de operación del equipo de aireación. El proceso de digestión aeróbica permite reducir la concentración de los SV en un 35 a 50%; las normas de la EPA

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requieren reducciones de los SV del 38% para satisfacer el objetivo de la reducción de la atracción de los vectores. Tradicionalmente, la edad del lodo ha sido el estándar básico de diseño.El proceso de la digestión aeróbica es similar al de los lodos activados; el residuo líquido orgánico introducido al digestor es sometido a la misma conversión.

Sólo un 75 a 80% de la biomasa es oxidable, pues el resto no es biodegradable.

Cuando hay nitrificación, el puede disminuir sino se presenta alcalinidad suficiente. En teoría, se requieren 7,1 Kg. de alcalinidad por Kg. de amoníaco oxidado.

En el digestor aeróbico habrá oxidación directa de la materia orgánica y respiración endógena de la biomasa o tejido celular. Los digestores aeróbicos pueden ser rectangulares o circulares, su pendiente en el fondo de 1/12 a ¼ para facilitar la remoción de los lodos, profundidad entre 3 y 7,5 m, y borde libre de 0,45 a 1,2 m.

El sistema de aireación puede ser de aire difuso, turbinas mecánicas sumergidas, aireadores de chorro o sistemas combinados. Los difusores, se colocan normalmente cerca del fondo del tanque, a lo largo de una de sus paredes o sobre el fondo del mismo. Para asegurar una mezcla adecuada, se requieren usualmente tasas de aireación de o, 33 a 0,67 l/m3.s o un suministro de aire de 30 m3/m3.d. El equipo mecánico de aireación puede ser flotante o montado.

Entre las ventajas del proceso de digestión aeróbica, se señalan las siguientes:

o Para plantas con caudales menores a 220 l/s tiene un costo de inversión menor a la digestión anaeróbica.

o Es más fácil que operar que los sistemas anaeróbicos.

o No genera olores desagradables.

o Produce un sobrenadante con concentraciones bajas de: DBO, SS y NH3.

o Reduce el contenido de las grasas y los aceites en el lodo.

o Reduce bastante el contenido de patógenos.

En el diseño de los digestores aeróbicos hay que tener en cuenta factores como la temperatura, la reducción de los sólidos, el tiempo de retención hidráulico, los requerimientos de energía y mezcla. Los estándares típicos de diseño, se incluyen en la Tabla 36

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Tabla 36. Criterios de diseño para digestores aeróbicos


3. Estabilización con cal

La adición de cal para la estabilización de los lodos es un proceso sencillo que permite eliminar olores y patógenos mediante la elevación del pH igual a 12.0 durante más de dos horas. Cuando se agrega cal, los microorganismos que producen los gases malolientes de la descomposición anaeróbica son destruidos o inactivados, así como los patógenos. La agregación de cal también mejora las características de sedimentación y secado de los lodos, reduce el poder fertilizante del lodo estabilizado en comparación con el lodo con digestión anaeróbica y aumenta su alcalinidad.

Los criterios recomendados para la dosificación es la siguiente:

o Tratar el lodo en forma líquida.

o Dosificar suficiente cal para elevar el pH del lodo a 12,5 y mantenerlo así durante 30 minutos para asegurar un pH > 12 durante doce horas y una alcalinidad residual que no permita que el pH caiga a menos de 11 durante muchos días.

13. Acondicionamiento de los lodos

El acondicionamiento de los lodos es necesario para obtener un lodo espesado o deshidratado con buena concentración de sólidos, cuando, se usan procesos mecánicos de espesamiento o secado.

1. Acondicionamiento químico inorgánico

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Parámetro ValorTiempo de retención hidráulico a 20°C,dLodo primario 15 – 20Lodo activado 10 – 15Lodo activado sin tratamiento primario 12 – 18Lodo activado + lodo primario 15 – 20Lodo primario + lodo filtro percolador 15 – 20Carga de sólidos, kg SV/m3d 1,6 – 4,8Requisitos de oxígeno, kg O2/kg de sólidos destruidosTejido celular con nitrificación 2,3DBO en el lodo primario 1,6 – 1,9Requisitos de mezcla, W/m3 20 – 40Mezcla por aire difuso, m3/m3d 19 – 58OD residual en el líquido, mg/L 1 – 2Reducción de sólidos volátiles, % 40 – 50

Los agentes más utilizados son cal y cloruro férrico tanto para filtración al vacío como para los filtros-prensas. El lodo seco es adecuado para la disposición sobre suelos agrícolas o preparación de “compost”. En menor proporción, se utiliza sulfato ferroso, alumbre y cloruro de aluminio. En la Tabla 38, se incluyen dosis típicas de acondicionamiento para cloruro férrico y cal. En general, la relación de cal a cloruro férrico es de 3 a 1 y varía ente 2/1 y 4/1. Con un lodo acondicionado apropiadamente, un filtro al vacío produce entre 430 y 780 Kg. /m2.d. Para obtener buen secado, el lodo debe estar acondicionado para una resistencia específica entre 0,1 y 1,0 Tm/Kg. (Tm/Kg. = 1012m/Kg.) y el ensayo con un embudo Buchner, el tiempo para la rotura del vacío, usando 200 ml de lodos debe ser menor de 100 s. Esto significa que si en un ensayo rápido, con embudo de Buchner, 200 ml de lodo deshidratan en 100 s, el lodo debe ser filtrable; obviamente, valores inferiores a 100 s indican que el lodo deshidrata menor.

El ensayo del embudo de Buchner provee información útil para todos los equipos de deshidratación y secado, especialmente para el de filtración al vacío. El ensayo mide la capacidad de drenaje o filtración del lodo como el volumen de filtrado en un período determinado de filtración. El concepto de resistencia específica representa la resistencia relativa que el lodo ofrece al drenaje o secado de su componente líquido; depende del volumen de filtrado descargado en un tiempo t. En la Tabla 37, se resumen algunos valores típicos de la resistencia específica de los lodos.

Tabla 37. Resistencia específica de lodos

Lodo Resistencia específica, m/Kg.

Crudo 10 x 1013 – 30 x 1013

Crudo coagulado 3 x 1011 – 10 x 1011

Digerido 3 x 1012– 30 x 1012

Digerido coagulado 2 x 1011– 20 x 1011

Activado 4 x 1013 – 12 x 1013


En la Tabla 38, se incluyen dosis típicas de acondicionamiento para cloruro férrico y cal.

Tabla 38. Dosis típicas de acondicionamiento de lodos de aguas residuales municipales para secado en filtros al vacío

Tipo de lodoMasa de coagulante/masa de

sólidos secosFeCI3,g/kg CaO,g/kg

Primario crudo 20 -40 80 – 100Lodo activado 60 – 100 0 – 160Primario + filtro percolador 20 – 40 90 – 120Primario + lodo activado 25 – 60 90 -160Primario + lodo activado + séptico 25 – 40 120 – 150Primario + lodo activado + cal 15 – 25 0

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Primario digerido anaerobiamente 30 – 50 100 – 130Primario + filtro percolador, digerido anaerobiamente

40 – 60 125 – 175

Primario + lodo activado, digerido anaerobiamente 30 - 60 150 – 210Fuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES – Teoría y principios de diseño, Jairo Alberto Romero Rojas, Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería.2. Acondicionamiento químico orgánico

El acondicionamiento con polímeros orgánicos, compuestos de cadenas largas de monómeros, moléculas solubles en agua, aniónicos, no iónicos o catiónicos, es un proceso complejo de desestabilización de las partículas mediante la neutralización de la carga y floculación. Las dosis de los polímeros son muy inferiores a las de los acondicionamientos metálicos inorgánicos; en general, de 5 a 15 g/Kg. de sólidos secos.

Los polímeros de bajo peso molecular, 20.000 a 100.000, se describen generalmente como coagulantes primarios; son solubles en agua; se adquieren en concentraciones del 30 al 50% y son útiles en la clarificación del agua. Los poli-electrolitos de peso molecular intermedio, 300.000 a varios millones, se consiguen en solución, secos o en emulsión; su solución, se limita a concentraciones del 10% para la aplicación en el acondicionamiento de los lodos biológicos de concentración alta. Finalmente, los poli-electrolitos de peso molecular alto, entre 2 x 106 y más 12 x 106, se consiguen en soluciones viscosas, emulsiones látex o secos; su solución, se limita a concentraciones de 0,5 a 2% y, se usan en los procesos de FAD para los lodos biológicos. En la Tabla 39, reincluyen dosis típicas de poli-electrolitos para diferentes lodos.

Tabla 39. Dosis de polímero para diferentes lodos

Tipo de lodo Para filtración al vacío,g/Kg.

Para filtros prensade correa, g/Kg.

Primario crudo 1 – 5 1 – 4Lodo activado 7,5 – 15 4 – 10Primario + lodo activado 5 – 10 2 – 8Primario digerido anaerobiamente 3,5 – 7 2 – 5Primario + LA, digerido anaerobiamente

1,5 – 8,5 1,5 – 8,5

Digerido aeróbicamente 7,5 – 25 -


3. Acondicionamiento térmico

El tratamiento de los lodos con calor es un proceso de estabilización y acondicionamiento que consiste en calentar el lodo a presión durante un período aproximado. La temperatura requerida para el proceso es de 176 a 260ºC, durante 15 a 30 minutos, a presiones de diseño de 3,4 MPa con aire o 2,4 MPa sin aire. Su uso es limitado por su costo. Existen diferentes procesos de tratamiento térmico para los lodos, pero el más usado es el Zimpro. El lodo acondicionado térmicamente puede secarse mediante filtración al vacío, centrifugación, filtros prensa de correa o lechos de secado.

El proceso permite obtener un lodo concentrado, esterilizado, fácil de deshidratar porque tiene una resistencia específica de filtración entre 2 x 1012 y 4 x 1012

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m/Kg. y permite reducir la cantidad de lodo disponible al hacer factible la obtención de tortas con mayor concentración de sólidos.

4. Elutriación

Es una operación unitaria, en la cual, se mezcla íntimamente un sólido o mezcla de sólido y líquido con otro líquido, para conseguir transferir ciertos componentes desde aquellos a este último. Un ejemplo típico es el lavado del lodo digerido antes de su acondicionamiento químico para eliminar ciertos componentes solubles, orgánicos e inorgánicos, que consumirían grandes cantidades de reactivos. La elutriación, se utiliza en pocas ocasiones, ya que los sólidos finamente divididos, que se lavan del lodo, pueden no ser eliminados completamente en la PTAR.

5. Acondicionamiento con permanganato de potasio

El permanganato oxida sustancias causantes de los olores como el H2S y forma MnO2 insoluble, de gran área superficial, que actúa como coagulante.

14.Deshidratación de los lodos

Se refiere generalmente a los sistemas que buscan reducir el contenido de agua del lodo a menos del 85%. Los objetivos generalmente son:

o Reducir los costos de transporte del lodo al sitio de su disposición.

o Facilitar el manejo de los lodos. Un lodo seco permite su manejo con cargadores, carretillas y otros.

o Aumentar el valor calorífico del lodo para facilitar su incineración.

o Minimizar la producción de lixiviados al disponer el loso en un relleno sanitario.

o En general, reducir la humedad para disminuir el volumen del lodo, facilitar su manejo y hacer más económico su tratamiento y disposición final posterior.

1. Filtración al vacío

Puede definirse como la remoción de los sólidos de una suspensión al pasarla a través de un medio poroso que retiene los sólidos. La caída de presión se provee creando un vacío sobre un lado del medio poroso. El filtro al vacío consiste básicamente en un tambor cilíndrico que rota, parcialmente sumergido, en un recipiente con lodo acondicionado. Entre el 10 y 40% de la superficie del tambor está sumergido en el recipiente y se denomina zona de filtración o zona de formación de la torta. El vacío aplicado a la sección sumergida del tambor hace que el filtrado pase a través del medio y se forme la torta. A medida que el tambor rota, cada sección pasa por la sección de secado, la cual también está al

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vacío. La zona de secado la constituye un 40 a 60% de la superficie del tambor. En la zona final del ciclo del filtro-de descarga-una válvula expone la superficie del tambor a presión atmosférica y la torta, es separada del medio poroso del filtro y conducida al sitio pertinente.

Para maximizar el secado hay que asegurar que las zonas al vacío sean máximas y, por tanto, minimizar la zona de descarga. Existen básicamente dos tipos de medio filtrante en los filtros al vacío:

o Telas de fibra natural o sintética.

o Resorte espiral.

En los EE.UU., los filtros al vacío es el método mecánico más usado para deshidratar los lodos en las PTAR. Sin embargo, en los últimos años, su uso ha declinado por su costo alto de operación y mantenimiento; en general, los filtros al vacío, con alimentación de lodos con 2,5 a 15% de sólidos, acondicionados químicamente, permiten obtener tortas con 13 y 45% de sólidos. Las producciones oscilan entre 5 a 50 Kg. de sólidos secos/m2.h. En la Tabla 40, se incluyen producciones típicas de los filtros al vacío.

Tabla 40. Producciones típicas de filtros al vacío

Tipo de lodo % de ST en la pasta Producción kg/m2h

Primario crudo 25 – 30 24 – 49Lodo activado y filtro percolador 20 – 26 15 – 29Primario crudo y lodos activados 16 – 24 10 – 24Lodo activado crudo 12 – 18 5 – 10Primario digerido y filtro percolador 20– 28 20 – 29Primario digerido y lodo activado 18 – 24 15 – 24


2. Centrifugación

Es un proceso en el cual, se aplica la fuerza centrífuga al lodo para separar la fracción sólida de la líquida. La centrífuga separa el lodo en una pasta deshidratada y un “centrato” clarificado con base en la diferencia de densidad existente entre los sólidos y el líquido circundante. La centrífuga utiliza el mismo principio de la separación por gravedad en un sedimentador, pero con fuerza centrífuga de 500 a 3.000 veces la fuerza de gravedad.

En la actualidad, la centrífuga usada para el secado de los lodos es la de tazón sólido o camisa maciza. Existen dos tipos exitosos de centrífugas de tazón sólido: la de flujo a contracorriente y flujo concurrente. En la centrífuga de flujo concurrente, la fase sólida viaja en una trayectoria paralela a la de la fase líquida. Mediante conductos, se remueve el líquido y descarga sobre vertederos. En la centrífuga a contracorriente, el lodo entra por la unión de la sección cónica cilíndrica; los sólidos viajan hasta el extremo cónico de la máquina y el líquido lo hace en dirección opuesta. Una centrífuga para 760 a 2.600 l/min de lodo ocupa

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un área aproximada de 40 m2. La dosis de polímero para el acondicionamiento del lodo varía entre 1 y 7,5 g/Kg. de sólidos. Los rendimientos de las centrífugas son muy variables, dependiendo del tipo de lodo dosificado y su acondicionamiento. En la Tabla 41, se incluyen datos del rendimiento de este tipo de centrífuga.

Tabla 41. Rendimientos típicos de las centrífugas de tazón sólido

Tipo de lodo% de sólidos del

lodo afluente% de sólidos de

la tortaPolímero requerido

g/kg de sólidos

Lodo primario crudo 5 - 8 28 – 3625 - 36

00,5 – 2,5

Lodo primario con digestión anaeróbica 9 - 12

30 – 3525 – 3028 - 35

00,5 – 1,5

3 – 5Lodo activado crudo 0,5 - 3 8 - 12 5 – 7,5Lodo activado con digestión anaeróbica

1 - 3 8 - 10 1,5 - 3

Lodo primario + filtro percolador 7 - 10 35 – 4030 - 35

01 - 2

Lodo primario + lodo activado 4 - 5 18 - 25 1,5 – 3.5Lodo primario + lodo activado, con digestión anaeróbica

2 -4 4- 7

15 – 1817 - 21

3,5 – 52 - 4


3. Filtros de presión de correa

Los filtros de presión de correa (o banda) son equipos que emplean generalmente una correa doble para deshidratar continuamente los lodos mediante una combinación del drenaje por gravedad y compresión. El proceso incluye básicamente tres etapas operacionales: acondicionamiento químico del lodo, deshidratación por gravedad hasta una consistencia no fluida y compactación del lodo en una zona de corte y presión.

Un buen acondicionamiento químico es importante para un rendimiento apropiado del filtro. Los lodos floculados químicamente ingresan en la zona de drenaje por gravedad. Esta zona posee una correa porosa continua, de gran área superficial, a través de la cual ocurre el drenaje por gravedad. El filtrado de la zona por gravedad, se recoge y envía al sistema de drenaje, al tiempo que el lodo espesado abandona la zona por gravedad e ingresa en la zona de compresión para la deshidratación adicional mediante el prensado entre las dos correas porosas. El incremento de presión, se inicia en la zona de cuña y aumenta a medida que el lodo pasa hacia la zona de presión. La tensión sobre las correas desarrolla una acción de prensado sobre la torta, y a medida que disminuye el diámetro de los rodillos, se incrementa la presión. Finalmente, la torta, se remueve de las correas por cuchillas.

El rendimiento de un filtro de correa es muy variable y difícil de predecir, pues es función del método de acondicionamiento del lodo, la presión desarrollada, la configuración del filtro, la velocidad de la correa, y la tasa y el tipo de aplicación del lodo. En general, el filtro de correa es capaz de producir tortas con 18 a 25%

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de sólidos para los lodos primarios combinados con lodos secundarios. En la Tabla 42, se incluyen rendimientos típicos de los filtros prensa de correa.

El criterio principal para el diseño de un filtro prensa de correa es su capacidad de manejo o producción, que generalmente es de 3 a 4 l/ m.s. El suministro de agua es presurizado a 700 kPa y en caudales de un 50 a 100% del caudal del lodo aplicado. La tubería de alimentación de los lodos, se diseña para velocidades de 1 m/s. La mayor parte de los filtros prensa de correa, se consiguen en anchos de correa de 0,5 a 3,5 m, en diferentes materiales.

Tabla 42. Rendimientos típicos prensa de correa

Tipo de lodo% de

sólidos del afluente

Carga por metro de ancho de correa

Dosis de polímero g/kg de sólidos secos

% de sólidos en la torta

L/min Kg/h Típico Intervalo

Primario crudo 3 – 7 110 – 190 360 – 550 1 – 4 28 26 -32Lodo activado 1 – 4 40 – 50 45 – 180 3 – 10 25 12 – 20Primario + lodo activado 3 – 6 80 – 190 180 – 320 2 – 8 23 20 – 28Primario + filtro percolador

3 – 6 80 – 190 180 – 230 2 – 8 25 23 – 30

Primario con digestión anaeróbica

3 – 7 80 – 190 360 – 550 2 – 5 28 24 – 30

Lodo activado con digestión anaeróbica

3 – 4 40 – 150 45 – 135 4 -10 15 12 -20

Primario + lodo activado con digestión anaeróbica

3 – 6 80 – 190 180 – 320 3 – 8 22 20 -25

Primario + lodo activado con digestión anaeróbica sin espesar

1 – 3 40 – 190 135 -225 2 – 8 16 12 – 20

Primario + lodo activado con digestión anaeróbica espesado

4 – 8 40 – 190 135 -225 2 - 8 18 12 - 25


4. Filtros prensa de placas

Los filtros prensa de placas, se utilizan cuando se necesita un contenido de sólidos, en la torta, superior al 35%. Son costosos y requieren lodo bien acondicionado o materiales de recubrimiento. Los filtros prensa de cámara hueca, se separan en tandas o “batch”. Los sólidos, se bombean al filtro prensa, a presiones entre 700 y 2.100 kPa, forzando el líquido a través de un medio filtrante y dejando una torta de sólidos atrapada entre las telas internas de filtración y se descarga por el extremo de la prensa. Al final, las placas, se operan y la torta cae por gravedad. En la operación de los filtros prensa de placas, se debe asegurar una dosificación adecuada de coagulante o polímero, limpieza apropiada del medio filtrante mediante agua a presión alta, y ácido y facilidad para recubrir las cámaras con materiales porosos que faciliten la filtración de los sólidos y el desprendimiento de la torta desde la tela filtrante. El filtro prensa de placas huecas de volumen fijo consiste en una serie de placas sostenidas rígidamente en una estructura para asegurar su alineamiento y su prensado entre un extremo fijo y uno movible por un mecanismo hidráulico o electromecánico.

El filtro prensa de volumen variable incorpora una membrana flexible a través de 73

la cara de la placa hueca. La cámara, se llena con lodo y la membrana, se presuriza, a 600 – 1000 k Pa, con aire o agua comprimida, permitiendo comprimir la torta dentro de la cámara hueca. Gracias a la comprensión, se acelera el drenaje y acorta el período requerido para la deshidratación. El filtro prensa de volumen variable tiene menor capacidad volumétrica que el de volumen fijo, las tortas son mucho más delgadas y el proceso es automático.

Tabla 43. Rendimientos típicos de filtros prensa de volumen fijo

Tipo de Lodo Período de

filtración

Acondicionador % de sólidos

Cal, %

CloruroFérrico, %

Torta Lodo afluente

Primario crudo 120 10 5 45 5 – 10Primario + lodo activado 150 10 5 40 – 45 3 – 6Primario + lodo activado 150 12 6 45 1 – 4Primario + filtro percolador 120 20 6 38 5 – 6Primario + cloruro férrico 90 10 - 40 4Lodo activado 150 15 7,5 45 5Primario digerido 120 30 6 40 8Primario digerido + lodo activado

120 10 5 45 6 – 8


En la Tabla 43, se incluyen valores típicos de rendimiento del filtro prensa de volumen fijo para lodos municipales. La información de la tabla revela cómo el rendimiento depende del tipo de sólidos aplicados y su acondicionamiento. El tiempo de filtración indicado en la tabla no incluye el tiempo de descarga de la torta, el cual puede suponerse igual a 30 minutos para filtros prensa de 80 cámaras y hasta 45 minutos para filtros más grandes.

5. Lechos de secado de arena

Los lechos de secado de arena constituyen uno de los métodos más antiguos para reducir el contenido de humedad de los lodos en forma natural. Posiblemente, es el método más usado en plantas pequeñas, de menos de 100 l/s, para secado de los lodos, durante los últimos cien años. En la Tabla 44, se enumeran algunas de las ventajas y desventajas de los lechos de secado de arena.

El lecho típico de arena para el secado de los lodos es un lecho rectangular poco profundo, con fondos porosos colocados sobre un sistema de drenaje. El lodo, se aplica sobre el lecho en capas de 20 a 30 cm y deja secar. La deshidratación, se efectúa mediante el drenaje de las capas inferiores y la evaporación de la superficie por acción del sol y viento. Inicialmente, el agua percola a través del lodo y la arena para ser removida por la tubería de drenaje en un período corto, de unos pocos días. Una vez formada una capa de lodo sobrenadante, el agua es removida por decantación y evaporación. La pasta, se agrieta a medida que se seca, permitiendo la evaporación adicional y el escape del agua lluvia desde la superficie. Los lechos de secado de lodos son muy semejantes a los filtros intermitentes de arena y tienen la ventaja de requerir poca atención en su operación. El diseño de los lechos de secado de lodos está afectado por

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diferentes factores: clima, características del lodo, valor del terreno y pre-tratamiento de los lodos. En la Tabla 45, se incluyen valores típicos para el diseño de los lechos de secado de arena para los lodos.

Tabla 44. Ventajas y desventajas de los lechos de secado de arena

Ventajas Desventajas Costo bajo si hay terreno disponible. Diseño empírico que no permite

análisis económico certero No requiere operación especial. Requiere áreas grandes. Consumo de energía bajo. Requiere lodo estable. Poco sensible a cambios en las

características del lodo. Sensible a cambios de clima.

Consumo bajo de químicos. Visible al público. Contenido alto de sólidos en la pasta. Requiere gran cantidad de mano de

obra para remoción de la pasta.


Tabla 45.Criterios de diseño para lechos de secado de arena

Características CriterioÁrea requerida per. cápita Lodo primario Lodo primario y filtro percolador Lodo primario y lodos activados Lodo precipitado químicamente Otros lodos

0,09 m2/c0,15 m2/c0,28 m2/c0,18 m2/c0,1 – 0,25 m2/c

Carga de sólidos secos Lodo primario Lodo primario y filtro percolador Lodo primario y lodos activados Lodo precipitado químicamente

134 Kg. /m2. año110 Kg. /m2. año73 Kg. /m2. año110 Kg. /m2. año

Altura sobre la arena 0,5 – 0,9 mDiámetro tubería de drenaje principal >0,10 mPendiente tubería de drenaje principal > 1%Distancia entre drenajes principales 2,5 – 6 mDistancia entre tuberías laterales de drenaje 2,5 - 3 mEspesor de grava 20 – 46 cmTamaño de grava 3 – 25 mmProfundidad de arena 20 – 46 cmCoeficiente de uniformidad de la arena <4Tamaño efectivo de la arena 0,3 – 0,75Ancho del lecho para limpieza manual 7,5 mLongitud del lecho de secado < 60 mDecantadores Se recomiendan sobre el perímetro.Placa de salpicamiento 0,9 x 0,9 x 0,1 para control de erosión de la

arenaRampas de acceso en concreto A lo largo del eje central de los lechos para

remoción de la pasta con volquetas.Cobertura En plástico reforzado con fibra de vidrio 20 –

40 cm, generalmenteProfundidad de aplicación** Debe producir una carga óptima de 10 a 15

Kg. /m2

Operación Para remoción manual la pasta debe contener un 30 a 40% de sólidos. Se puede palear con

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rastrillo tipo pala con varias puntas separadas 2,5 cm entre sí.

Control Para control de moscas se atacan las larvas con bórax y borato de calcio, los cuales no son peligrosos para el hombre ni para animales domésticos, rociando el lodo, especialmente entre las grietas.


Tabla 46. Superficies de eras de secado según el tratamiento de que procedan los lodosTipo de tratamiento Superficie en m2/hab.

Lechos descubiertos Lechos cubiertos

Primario

Filtro percolador

Lodos activos

Precipitación química

0,092

0,14

0,16

0,18

0,069

0,12

0,12

0,14

Fuente: Técnicas de Defensa del Medio Ambiente; Federico de Lora Soria y Juan Miro Chavarría; Editorial Labor, S.A., Barcelona.

6. Laguna de secado de los lodos

Cuando existe terreno suficiente, las lagunas de secado para los lodos son una alternativa para la deshidratación de los lodos. Generalmente, el lodo, se aplica y deja deshidratar hasta una concentración pre-determinada de los sólidos y luego, se remueve, operación que puede requerir entre uno y tras años. En la Tabla 47, se incluyen las ventajas y desventajas de las lagunas de secado para los lodos.

Tabla 47. Ventajas y desventajas de las lagunas de secado de lodos

Ventajas Desventajas Consumo de energía bajo. Pueden presentar malos olores. No requiere coagulantes Son un fuerte potencial de

contaminación de aguas superficiales y subterráneas.

No son sensibles a la variabilidad de lodos

Pueden crear problemas de vectores como moscas y mosquitos.

La descarga de caudales extremos de lodos no afecta su funcionamiento.

Son visibles al público.

Permiten obtener estabilización adicional del lodo.

Requieren grandes extensiones de terreno.

Requieren mantenimiento mínimo. Su diseño es empírico y no permite un análisis económico certero

Si hay disponibilidad de terreno su costo es mínimo

Requieren lodo estable.


En una laguna de secado ocurre, gracias al drenaje, la evaporación y transpiración; los estudios realizados indican que el factor más importante para el secado es la evaporación. Los criterios principales para el diseño de las lagunas

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de secado son:

o Profundidad de 0,7 a 1,4 m.

o Subsuelo con permeabilidad menor de 4,2 x 10-4 a 1,4 x 10-3 cm/s.

o Altura del fondo de la laguna sobre el nivel freático mayor a 45 cm.

o Se recomienda aplicar solamente digeridos.

o El área requerida depende de la precipitación, la evaporación, el tipo de lodo, el volumen y la concentración de los sólidos. Se dimensionan con una carga de sólidos de 36 a 39 Kg. /m3 y se provee un mínimo de dos lagunas.

o La pendiente de los taludes debe ser 3:1 (H:V),con ancho en la corona de 3 m para facilitar el uso del equipo de limpieza.

Las labores comunes de operación de las lagunas de secado son las siguientes:

o Se aplica lodo estabilizado, hasta una profundidad de 0,7 a 1,4 m, durante varios meses, generalmente hasta por 18 meses.

o El sobrenadante, se decanta, continua o intermitentemente, desde la superficie de la laguna y retorna a la PTAR.

o Se llena la laguna hasta la profundidad deseada y deja secar el lodo hasta una concentración de los sólidos del 20 al 40%, lo cual puede requerir un período de tres a doce meses.

o Se remueve el lodo seco con algún equipo apropiado, generalmente con un cargador frontal o draga.

o Se deja un período de reposo de tres a seis meses.

o Se repite el ciclo.

15.“Compost” del lodo

El “compost” es el resultado de la degradación biológica controlada de los materiales orgánicos hasta formar un compuesto estable, color oscuro, textura suelta y olor a tierra similar al humus. El proceso puede llevarse a cabo por vía aeróbica y anaeróbica. El “compostaje” aeróbico acelera el proceso de descomposición del material orgánico y permite obtener temperaturas altas, necesarias para la destrucción de patógenos, mientras que el anaeróbico va siempre acompañado de olores desagradables que no representan en el primero, razón, por la cual, es poco común preparar “compostaje” anaeróbico. El proceso de “compostaje” busca tres objetivos fundamentales:

o La conversión biológica del material orgánico putrescible en un compuesto estable.

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o La destrucción de patógenos gracias a las temperaturas altas alcanzadas durante el proceso.

o La reducción másica del material de humus, a través de la remoción del agua y los sólidos volátiles totales.

Existen diferentes formas de realizar “compostaje” aeróbico de los lodos, desde métodos muy artesanales hasta procesos que involucran la aplicación de tecnologías de punta, consecuentemente, de costos alto. En general, todos los métodos de “compostaje” incluyen las operaciones básicas siguientes:

o Mezclado del material de llenado con lodo.

o Descomposición microbiológica del material orgánico (“compostaje”).

o Clasificación o tamizado del material.

o Recirculación del material grueso.

o Curado del material fino.

o Almacenamiento y comercialización.

El “compostaje” requiere, para su funcionamiento óptimo, el control de algunas condiciones que tienen incidencias indirectas sobre el proceso, tales como la temperatura, el pH, la aireación, el contenido de humedad, la relación carbono/nitrógeno, el material de llenado y el inóculo. El “compostaje ha sido una labor, simple y tradicional, practicadas por los agricultores del mundo entero durante cientos de años, para mejorar las propiedades del suelo. Materiales vegetales y estiércol de animales, se colocan en pilas, en espacios abiertos o dentro de fosas, con el fin de permitir la fermentación a través de la acción microbiológica natural, hasta cuando el compuesto está listo para aplicarlo fácilmente sobre el suelo.

El “compostaje” de las excretas humanas mezcladas con otros residuos vegetales y estiércol, se practica en China desde hace más de 4.000 años y es considerado un aspecto de gran importancia para el mantenimiento de la fertilidad del suelo.

El “compostaje”, se ha practicado en sistemas de reactor y pilas. Los sistemas de reactor utilizan aireación forzada, algunos con mezcla mecánica para mover el lodo dentro del recipiente, en forma vertical u horizontal, según el tipo de reactor. En los sistemas de pilas, con aireación forzada, se mezcla el lodo con material de llenado; se coloca en hileras; el aire es forzado, a través de las pilas, por un sistema de ventilación, sin que se haga volteo o mezcla durante el período de compostaje”. En los sistemas de pila con aireación natural, el lodo, se mezcla con material de llenado; se coloca en pilas largas y airea con maquinaria o manualmente mediante volteo periódico. El volteo provee oxígeno, homogeneiza la temperatura y permite la reducción de patógenos y la estabilización del material orgánico.

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Aunque el “compostaje“ha recibido mucha atención, solamente una cantidad pequeña de lodo, se procesa de esta manera, sola o en combinación con residuos sólidos domésticos; no es un método alternativo de disposición sino un método de tratamiento para adecuar los biosólidos a los usos en la agricultura. Por esta razón, se utiliza poco, pues resulta más económico usar biosólidos líquidos digeridos, directamente en agricultura. Los lodos que pueden ser “comportados” incluyen tanto lodos digeridos como lodos primarios y secundarios sin digerir. Aunque la digestión de lodos, previa al “compostaje”, disminuye la generación de olores, también reduce los sólidos volátiles disponibles para la descomposición.Para un “compostaje” efectivo como proceso de tratamiento de los lodos, se recomienda mantener el “compost” a 40ºC durante por lo menos cinco días y, en cuatro horas de dicho período, a por lo menos 55ºC dentro de la pila, seguido de un período apropiado de maduración para asegurar que la reacción de “compostaje” logre su culminación.

El “compostaje”, se realiza en dos etapas metabólicas. La primera etapa, de síntesis, convierte la materia orgánica en biomasa celular, mientras que la segunda, de respiración endógena, obliga a los microorganismos a metabolizar su propio protoplasma sin reposición del mismo, es decir, al agotamiento exhaustivo de las reservas energéticas de los microorganismos, lo cual conduce a la formación de compuestos inorgánicos simples y estables, considerados el producto final del “compost”.

Los microorganismos ejecutores del proceso pueden ser bacterias, hongos y actinomices, capaces de metabolizar sustancias simples y compuestas. Las bacterias son las responsables de la mayor degradación del material orgánico, inicialmente a temperaturas mesófilas, menores de 40ºC, cuando descomponen carbohidratos, azúcares y proteínas y, posteriormente, a temperaturas termofílicas, superiores a 40ºC, cuando descomponen proteínas, lípidos, grasa y celulosa.

Los hongos están presentes en las fases mesófila y termófila, metabolizan celulosa y hemicelulosa, y se desarrollan más hacia la parte exterior de las pilas por su naturaleza aeróbica.

16. Incineración de lodos

Esta alternativa de procesamiento de los lodos es una alternativa cuando:

o No hay terreno suficiente para la disposición.

o Las normas ambientales son muy restrictivas.

o Se requiere la destrucción de materiales tóxicos.

En la Tabla 48 presentan las ventajas y desventajas de los procesos de temperatura alta.

Tabla 48.Ventajas y desventajas de los procesos de temperatura alta

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Ventajas DesventajasReducción de la masa y el volumen de la torta en 95%, minimizando los requisitos de disposición

Costos altos de capital, operación y mantenimiento

Destrucción de tóxicos Problemas de operación que reducen la confiabilidad del equipo

Recuperación de energía mediante la combustión

Requieren personal calificado para la operaciónRequiere control de emisiones gaseosas

Fuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES – Teoría y principios de diseño, Jairo Alberto Romero Rojas, Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería.Los lodos procesados por incineración suelen ser crudos, deshidratados sin estabilizar. La estabilización no es recomendable porque la digestión reduce su contenido de sólidos volátiles y su poder calorífico, aumentando, así, las necesidades de combustible auxiliar.

La incineración es un proceso de combustión completa. La combustión es la oxidación exotérmica rápida de los elementos combustibles. La pirolisis clásica es la destilación destructiva, reducción o craqueo térmico y condensación de la materia orgánica mediante calor o presión en ausencia de oxígeno. La pirolisis parcial, o combustión escasa de aire, es la combustión incompleta que ocurre cuando no hay abastecimiento de oxígeno para satisfacer los requerimientos de la combustión. La oxidación por vía húmeda es una forma de combustión incompleta que se produce a temperaturas y presiones elevadas.

El valor calorífico de un lodo es función de las cantidades y los tipos existentes de elementos combustibles; sus elementos combustibles son básicamente el carbono fijo, hidrógeno y azufre. El azufre en los lodos de las aguas residuales existe en concentraciones muy bajas y su contribución a la combustión puede despreciarse. El valor calorífico de un lodo, se determina mediante bombas calorimétricas, el ensayo, se hace con muestras, 25 g, quemadas en un contenedor sellado, sumergido en agua. El calor de combustión, se determina anotando la elevación de la temperatura del baño de agua. En la Tabla 49, se incluyen valores caloríficos típicos de las aguas residuales.

Tabla 49.Poder calorífico típico de diferentes lodos

Tipo de lodo Poder calorífico, MJ/kg Intervalo Valor típico

Primario o crudo 23-29 25,5Activado 16-23 21Primario con digestión anaeróbica 9-13,5 11,5Primario con precipitación química 13,5-18,5 13,5Filtros biológicos 16-23 20


Las cantidades de aire y oxígenos requeridos para la combustión, se muestran

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en la Tabla 50 En general, se requieren 32 Kg. de aire para liberar 10 Mj. a partir del lodo.

Tabla 50. Requerimientos teóricos de aire y oxígeno para la combustión completa

Sustancia kg/kg de sustanciaAire Oxígeno

Carbono 11,53 2,66Monóxido de carbono 2,47 0,57Hidrógeno 34,34 7,94Azufre 4,29 1,00Sulfuro de hidrógeno 6,10 1,41Metano 7,27 3,99Etano 16,12 3,73Amoniaco 6,10 1,41


El incinerador para lodos más utilizado en los Estados Unidos es el horno de pisos múltiples. Dichos equipos son durables, de operación relativamente simple y pueden manejar cargas variables de calidad y cantidad. El lodo alimentado debe tener un contenido de sólidos superior al 15%. Las cargas medias de la torta húmeda son de 40 Kg. /m2 h de superficie efectiva de piso, pero pueden oscilar entre 25 y 75 Kg. /m2 h con emisiones, desde los depuradores de vía húmeda, inferiores a 0,65 g/ Kg. de lodo seco tratado.

El incinerador de lecho fluidizado es un depósito vertical cilíndrico de acero revestido con material refractario, que contiene un lecho de arena y orificios para la alimentación de aire que genere un fluido para la producción y el mantenimiento de una combustión continua. Normalmente, tienen diámetros de 2,5 a 7,5 m con un lecho de arena en reposo de 0,8 m de espesor. El aire para generar el fluido, se inyecta a 20-35 kN/m2 de presión. El lecho, se expande hasta aproximadamente un 100% de su volumen en reposo y su temperatura, se controla entre 760 y 816ºC mediante quemadores colocados por encima y debajo del lecho.

17.Co-procesamiento de los residuos en Holcim Ecuador S.A.

Holcim Ecuador S.A. ofrece el servicio de incinerar, en sus hornos, los residuos de los procesos industriales como actividad del co-procesamiento; el co-procesamiento comprende:

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o El uso de los residuos o derivados de un proceso industrial como combustible o materia prima en otro proceso.

o La eliminación ambientalmente segura de los residuos industriales, aprovechando, en forma eficiente, la energía térmica y/o los componentes químicos, que ese residuo pueda aportar a un proceso productivo.

o En Holcim Ecuador S.A., estos materiales están referidos a combustibles alternos y materia prima alternativa, o AFR.

Beneficios del co-procesamiento:

Holcim Ecuador S.A. plantea los beneficios siguientes al aplicar el co-procesamiento:

o Provee una solución permanente a los problemas del manejo de residuos.

o Disminuye la dependencia del combustible fósil.

o Preserva los recursos naturales.

o Reduce las emisiones y los gases de invernadero.o Ahorra los costos de energía térmica.

A continuación, se presentan los listados de los residuos que pueden ser co-procesados en Holcim Ecuador S.A., los criterios de aceptación de materiales y otros.

17.1. Residuos que pueden ser co-procesados

o Aceites y solventes usados.o Madera usada.o Plásticos usados.o Neumáticos usados.o Tierras contaminadas.o Lodos industriales.o Pinturas

17.2. Ejemplos de materia prima alterna

o Lodos de cal (tratamientos de agua)o Cenizas de plantas de energíao Escorias de hornos altos o Arenas de limpieza.o Tierras diatomáceaso Residuos de producción de aluminioo Lodos planta tratamiento de aguaso Yeso sintético

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o Catalizadoreso Arenas de fundición

17.3. Residuos prohibidos

o Residuos anatómicos de hospitales.o Residuos con contenido de asbestoso Residuos bio-peligrososo Residuos electrónicoso Baterías o Explosivoso Residuos con alto contenido de cianuroo Ácidos mineraleso Residuos radioactivoso Basura doméstica no clasificada

17.4. Criterios de aceptación de materiales

Se presenta, a continuación, una Tabla que contiene un listado de parámetros con sus límites para ser aceptados.

18. Disposición de los lodos sobre el suelo

La disposición de los lodos sobre el suelo es un método practicado desde hace muchos años y constituye una de las alternativas más atractivas ante la dificultad de obtener terrenos suficientes para construir rellenos sanitarios, las objeciones ambientales para la disposición sobre el mar y los costos altos de la incineración.

Debido a que los lodos de las aguas residuales contienen gran cantidad de materia orgánica, nitrógeno y fósforo, se han utilizado para la agricultura y los cultivos paisajísticos mediante el riego del lodo sobre el suelo como acondicionador y fertilizante. Las formas del lodo usado, para este propósito, han

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sido lodo crudo, deshidratado, incinerado, seco, digerido y “comportado”.

Los problemas principales y las características para definir la aplicación del lodo sobre el suelo son:

o Contenido de orgánico y patógenos.

o Mezcla de patógenos, parásitos y semillas de los cultivos.

o Contenido de nutrientes.

o Dificultad del manejo debido a los olores desagradables y contenidos altos de humedad.

o Contaminación del suelo por el contenido de metales pesados y compuestos orgánicos tóxicos.

o Determinación de la cantidad apropiada de lodo.

El lodo puede aplicarse básicamente de cuatro maneras sobre:

o Tierras de agricultura.

o Tierras de bosques.

o Terrenos alterados.

o Terrenos de destinación específica.

En los cuatro casos, la aplicación, se diseña con el objetivo de proveer el tratamiento adicional del lodo mediante la acción combinada de la luz solar, los microorganismos, la actividad físico-químico del suelo y el consumo de nutrientes por la vegetación. En los tres primeros casos, el lodo es un acondicionador y mejora el suelo que facilita el transporte de nutrientes, aumenta la retención del agua y mejora la labranza.

18.1. Consideraciones generales para el diseño de un sistema de riego de los lodos sobre el suelo

Dependiendo de las características del suelo y lodo, el suelo filtra, tapa, absorbe, y reacciona química y biológicamente con el lodo. La fase de anteproyecto debe tener en cuenta estas reacciones y el desarrollo potencial de las condiciones adversas, problemas con vectores, y/o la contaminación de las aguas subterráneas. El lodo, líquido o deshidratado, debe aplicarse al terreno mediante camiones con remolques, inyección por debajo de la superficie, esparcimiento, irrigación, etc. La mayor parte de las aplicaciones en superficie requieren que el lodo, se mezcle o cubra con el suelo.

El diseño de este sistema incluye consideraciones, ver Tabla 51, sobre el origen

84

del lodo y su composición, características del suelo, clima, vegetación, topografía y prácticas agrícolas, y objetivos de restauración. La velocidad anual de aplicación del lodo varía de 0,5 a 100 toneladas por acre (1 a 225 Mg/ha).

Tabla 51.Lista de verificación para la aplicación del lodo al terreno----------------------------------------------------------------------------------------------------------1. Características del lodo.

a) Tipo de proceso en la planta de tratamiento.b) Cantidad: máxima, media, mínima.c) Análisis: concentración, caracterización de las partículas, contenido en volátiles, iones inorgánicos, contenidos en patógenos, compuestos orgánicos tóxicos, pH.

2. Tipo

a) Utilización del cultivo (cosecha elegida, requisito de labranza, calendario de aplicaciones en relación con el crecimiento, método de aplicación).b) Vertido (método de aplicación, requisitos de labranza).c) Restauración del terreno (condiciones actuales de emplazamiento, reacciones entre el lodo y suelo, método de aplicación, requisito de laboreo).

3. Características del emplazamiento.

a) Topografía (limitaciones en los métodos de aplicación, potencial de erosión, compatibilidad con la cosecha).b) Control de la escorrentía (áreas adyacentes, propio emplazamiento, caudal de la tormenta sumada a la cantidad del lodo líquido, zanjas de protección, diques para el encausar).c) Suelo (servicio de conservación del suelo, mapas de suelo, perfiles del suelo, localización, propiedades físicas, pH, CEC, metales pesados).d) Hidrogeología (mapas de las formaciones geológicas y las discontinuidades, aguas subterráneas, localización, extensión, uso).

4. Criterios de diseño.

a) Factores climáticos (lluvia: cantidad, duración, variación estacional; velocidad y dirección del viento; variación de la temperatura).

b) Velocidades de carga b.1) Metales (nivel de fondo, límite de capacidad de intercambio de cationes, proyectos industriales o de instalaciones de pretratamiento).b.2) Nitrógeno (formas del nitrógeno presente, velocidad de mineralización).

c) Cosecha. c.1) Captación de nutrientes (nitrógeno, fósforo, potasio, micronutrientes). c.2) Compatibilidad con las aplicaciones (requisitos de labranza, calendario de

siembra y cosecha, si puede aplicarse cuando el cultivo está en crecimiento, posibilidad de lavado por escorrentía o riego).

c.3) Requisitos de la cosecha (única cosecha anual, varias cosechas al año, pastos).

5. Componentes del sistema

a) Deshidratado (porcentaje obtenido de sólidos, aditivos empleados).

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b) Requerimientos del terreno (compatibilidad con los cultivos, compatibilidad con el lodo, contenido en humedad, compatibilidad con los factores climáticos).c) Almacenamiento (abierto o cerrado; capacidad de cumplir con períodos sin operación; prevención de plagas).d) Zonas tampones (tamaño, vegetación, vallado).

6. Control y seguimiento

a) Suelo (pH, patógenos, nutrientes disponibles, metales pesados).b) Cultivo (rendimiento, análisis tisular, control de enfermedades).c) Calidad del agua (DBO, sólidos en suspensión, nutrientes, coliformes, etc.).

7. Fiabilidad y flexibidad (expansión, almacenamiento, otras técnicas de gestión de los lodos)

-----------------------------------------------------------------------------------------------------

Fuente: Manual de la Referencia de la Ingeniería Ambiental, Robert A. Corbitt, Mc Graw-Hill Interamericana de España, S. A. U., 2003.18.2. Requisitos

Las normas para la disposición de los lodos de las plantas de tratamiento de las aguas residuales prescriben límites para los metales y compuestos orgánicos que exigen un tratamiento previo capaz de reducir las concentraciones objetables a los valores admisibles. La composición de los lodos de la PTAR varía ampliamente, dependiendo de la actividad industrial y el nivel aplicado de tratamiento. En la Tabla 52, se incluyen valores típicos de la caracterización de los lodos. Cuando un lodo contiene concentraciones altas de compuestos orgánicos tóxicos, se le considera residuo peligroso y está sujeto a normas de disposición más restrictivas.

Tabla 52. Composición típica de lodos

Constituyente Lodo primario Todos los lodos Lodo digeridoLodo de tanques

sépticosIntervalo Típico Intervalo Típico Intervalo Típico Intervalo Típico

Sólidos totales, % 2 – 7 4 - - 2 – 6 3,5 0,1 – 13 3,4Sólidos volátiles, mg/L

60 – 80 65 - - 35 - 65 51 - 63

pH 5 – 8 6 - - 7,2 – 7,8 7,5 - 6,9Alcalinidad. mg/l 500-1.500 600 - - 200 –

7.6004.800 - 970

Base peso seco - 0,69N total, g/Kg. 15-40 25 <1-176 33 1,6 – 4 2,7 - -Alg./Kg. * 1-135 4,1 – 6,1 9,6 - -As, mg/Kg. - 1,1-230 - - - -Ca, g/Kg. - 1-250 26 – 67 44 - -Cd, mg/Kg. - 3-3.410 5 – 260 10 - -Cl, g/Kg. - - 1,7 - 190 7,1 - -Co, mg/Kg. - 1-18 1 – 42 9 - -Cr, mg/Kg. - 10-99.000 200 –

1.280375 - -

Cu, mg/Kg. - 84-10.400 280 – 2.570

970 - -

Fe, g/Kg. 20-40 25 <1-153 14 – 110 51 - -Hg, ug/Kg. - 0,2-10.600 0,43 -4,7 2,1 - -K, g/Kg. 0-8,3 4 0,2-26,4 0,04 –

0,160,09 - -

Mg, g/Kg. - 0,3-<19,7 3,1 – 11 6,8 - -Mn, mg/Kg. - 18-7.100 170 –

2.090320 - -

Mo, mg/Kg. - 5-39 7,0 – 97 12 - -Na, g/Kg. - 0,1-30,7 0,07 -0,42 0,16 - -Ni, mg/Kg. - 2-3.520 23 – 410 120 - -

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P, g/Kg. 3,5-12,2 7 <1-143 14 – 57 24 20 – 760 210Pb, mg/Kg. - 13-19.700 200 –

1.280375 - -

Sn, mg/Kg. - 2,6-329 - - - -Zn,mg/Kg. - 101-27.800 400 –

5.1301 - 600 - -


Los factores principales de control sobre la tasa de aplicación de los lodos sobre el suelo son:

o La tasa de utilización de los nutrientes por la vegetación.

o El consumo potencial de las plantas de los compuestos tóxicos.

o La acumulación de sales y metales en el suelo.

o La utilización del cultivo como alimento, humano o animal.

o La contaminación de las aguas subterráneas.

En los Estados Unidos, en 1.993, se promulgaron los estándares para aplicación de lodos sobre el suelo incluidos en la Tabla 53, con base en la consideración de las diferentes trayectorias del movimiento de los contaminantes dentro de las cadenas alimenticias, de los posibles individuos expuestos (personas, animales, plantas) y en estudios sobre bio-toxicidad y bio-acumulación de sustancias tóxicas dentro de diferentes especies y cadenas alimenticias. Desde el punto de vista de reducción de patógenos, se considera lodo clase A al que contiene un conteo de coliformes menor de 1.000 NMP/g de sólidos secos o un conteo de salmonella menor de 3 MNP/g de sólidos secos. Para un lodo clase B, se acepta un conteo de coliformes hasta de 2 x 106 NMP/g de sólidos secos. Dependiendo de la clase de lodo, se especifican diferentes tratamientos mínimos y diversos períodos de cosecha de cultivos.

Tabla 53.Estándares para aplicación de lodos sobre el suelo

ConstituyenteCalidad mínima del lodo Lodo limpio

Concentración límite superior

mg/Kg.

CargaAcumulativa

Kg./ha *

ConcentraciónLímitemg/Kg.

Carga anualKg/ha. año

Arsénico 75 41 41 2Cadmio 85 39 39 1,9Cromo 3.000 3.000 1.200 150Cobre 4.300 1.500 1.500 75Plomo 840 300 300 15Mercurio 57 17 17 0,85Molibdeno 75 18 18 0,90Niquel 420 420 420 21Selenio 100 100 36 5Zinc 7.500 2.800 2.800 140* El tiempo para alcanzar el criterio de carga acumulativa depende de la tasa de aplicación y de la acumulación neta de los metales en el suelo.

87


En la Tabla 54, se incluyen las concentraciones máximas de metales pesados y compuestos orgánicos tóxicos permisibles en los lodos usados para la agricultura y los cultivos paisajísticos en Japón.

Tabla 54. Normas de control para los metales pesados y compuestos orgánicos tóxicos para uso agrícola

Compuesto NormaAs 50 mg/kg*Cd 5 mg/kg*Hg 2 mg/kg*Hg alquílico No detectableHg 0,005 mg/lCd 0,3 mg/lPb 3 mg/lP orgánico 1 mg/lCr hexavalente 1,5 mg/lAs 1,5 mg/lCn 1 mg/lBifeniles policlorados (PCB) 0,003 mg/lZn 120 mg/kg*

Tasas para sólidos secos


Los limites o valores recomendados y los consiguientes suministros permisibles de metales pesados se determinan con miras a no exceder las concentraciones tolerables en el suelo (Tabla 55) durante un período de aplicación de 50 a 100 años. Por lo tanto, en base al conocimiento actual, no se prevén restricciones en la producción de cultivos ni alteraciones de los mismos.

Tabla 56. Cantidades Tolerables de metales pesados suministradas con el lodo de agua residual, y concentraciones tolerables en el suelo

Metales Suministro tolerable en kg (ha.a)

Concentración tolerable en el suelo en mg/kg

Plomo 2,0 100Cadmio 0,05 3Cromo 4,0 100Cobre 2,0 100

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Niquel 0,5 50Mercurio 0,05 2Zinc 10,0 300

Fuente: Manual de Disposición de Aguas Residuales, Programa de Salud Ambiental, GTZ. Cooperación Técnica, República Federal de Alemania.

La reglamentación en Alemania para el uso de los lodos en agricultura, puede resumirse en la siguiente tabla.

Tabla 56.Uso de lodos en agricultura (Reglamentación alemana)

Tipo de LodoZonas de barbecho

o descenso

Tierras cultivadas Praderas

Hortalizas y productos

consumidos en proceso

D A D A

Lodos frescos (rh) (+) - - - - -Lodos de fosas sépticas (rh)

+ + - - - -- Lodos estabilizados

líquidos (rh)- Lodos de digestión

aeróbica secos (rh) + + - + - -- Lodos de digestión

anaeróbica secos (rh)Lodos acondicionados:- químicamente (rh) + + - + - -- térmicamente + + + + + +- secados artificialmente + + + + + +- pasteurizados + + + + + +-comportados + + + + + +

(rh) = Con reserva desde el punto de vista sanitario.

+ = Aplicación admitida D = Desinfectados

- = Aplicación no admitida A = Aplicación directa

Fuente: Depuración de Aguas Residuales, Dr. Aurelio Hernández Muñoz, Cuarta Edición revisada y ampliada, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Servicio de Publicaciones del Colegio de Ingenieros de Caminos de Madrid (UPM), Colección Señor No. 9, 1998.

18.3. Tasas de aplicación

Uno de los aspectos más críticos de la aplicación de los lodos sobre el suelo es encontrar el lugar apropiado para dicho objetivo, con el área necesaria para el efecto. Los requerimientos del terreno dependen de la tasa de aplicación, algunas de las cuales, se incluyen en las Tablas 57 y 58

89

Tabla 57. Tasas típicas de aplicación de lodos

Opción de disposición sobre el suelo Período de aplicaciónTasa, Mg/ha. año*

Intervalo TípicoAgricultura Anual 2-10 11Bosques Una vez, o a intervalos

de tres a cinco años10-220 45

Recuperación de suelos Una vez 7-450 112Sitio de disposición específico Anual 220-900 340* Las tasas son para sólidos secos y área de aplicación del lodo, sin incluir requerimientos de almacenamiento o de aislamiento.


Tabla 58. Guía para aplicación de los lodos con base en la profundidad de aplicación y calidad del suelo, en cultivos paisajísticos

Profundidad de aplicación

Cantidad permisible aplicable de nitrógeno total del lodo g/m2

Para suelos de excelente

calidad

Para suelos de calidad buena a

regular

Para suelos de calidad pobre

< 10 cm 10-15 30-45 45-60< 20 cm 20-30 60-90 90-120< 30 cm 30-45 90-135 135-180


La capacidad de intercambio catiónico del suelo, se emplea para determinar la acumulación máxima de metales pesados para un suelo dado, los valores para tres tipos de suelo, se muestran en la Tabla 59

Tabla 59.Intervalos habituales de intercambio catiónico para diferentes tipos de suelo.

Tipo de suelo Intervalo de intercambio catiónico

Suelos arenosos 1-10Suelos cenagosos 12-20Suelos arcillosos y orgánicos > 20

Fuente: Manual de la Referencia de la Ingeniería Ambiental, Robert A. Corbitt, Mc Graw-Hill Interamericana de España, S. A. U., 2003.

Cálculos preliminares del área requerida para la aplicación de los lodos sobre el suelo indican que en el uso agrícola, una tonelada de lodo seco generada anualmente requiere once hectáreas de tierra (Tabla 57). Cada año las mismas once hectáreas de suelo agrícola recibirán el lodo generado. Para la recuperación de suelos, una tonelada de lodo seco producido anualmente necesita 112 hectáreas de tierra y por cada año sucesivo, se requerirán 112

90

hectáreas adicionales. Las tasas máximas posibles de aplicación, se calculan por la ecuación siguiente, con base en la norma o regulación adoptada para un elemento constitutivo del lodo.

Donde CM = carga máxima de aplicación de lodo con base en un componente

específico del lodo, en un período determinado, base lodo seco, Mg/ha

L = carga límite del componente específico del lodo para el período seleccionado, Kg. /ha

C = concentración del componente específico del lodo, mg/Kg.

La ecuación precedente, se aplica para cada metal o componente específico. La tasa máxima permisible la determina el metal o componente del lodo que tenga la tasa mínima de aplicación.

Entre las características físicas de interés, se incluyen la topografía, la permeabilidad del suelo, el drenaje del sitio, la profundidad del nivel freático, la proximidad a las áreas críticas y la facilidad de acceso. En las Tablas 60 a 62, se incluyen los criterios para evaluar la aptitud del suelo como sitio de disposición de lodos.

En general, los suelos deseables son aquellos con permeabilidad moderada, de 0,5 a 1,5 cm/h; bien drenados, con pH > 6,5 para controlar la solubilidad de los metales, textura firme para brindar humedad y capacidad alta de retención de nutrientes; con el nivel freático relativamente profundo, localizados en zonas aisladas de sitios residenciales, lagos o embalses, pero con infraestructura apropiada de acceso.

Tabla 60. Limitaciones del suelo para los lodos aplicados de las aguas residuales a terrenos agrícolas a tasas fertilizadoras de nitrógeno

Características del suelo que afectan el uso

Grado de limitación del sueloLigero Moderado Severo

Pendiente <6% 6 – 12% >12%Profundidad al nivel freático >1,2 m 0,6 – 1,2 m <0,6 mAnegamiento e inundación Ninguna Ninguna OcasionalProfundidad al lecho de roca >1,2 m 0,6 – 1,2 m < 0,6 mPermeabilidad de la capa más restrictiva por encima de 0,9 m de profundidad

2,5 – 8 mm/h 8 – 25 mm/h0,8 – 2,5 mm/h

<0,8 mm/h> 25 mm/h

Capacidad disponible de agua >25 mm/h 12 – 25 mm/h > 12 mm/hFuente: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES – Teoría y principios de diseño, Jairo Alberto Romero Rojas, Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería.

Tabla 61. Limitaciones típicas de la pendiente para la aplicación de los

91

lodos sobre el suelo

Pendiente Comentario0 – 3% Ideal, sin riesgo de erosión.3 – 6% Aceptable, riesgo mínimo de erosión.

6 – 12%

Se requiere inyección del lodo líquido, excepto en cuencas de drenaje cerrado o cuando se provee control de escorrentía.La aplicación de lodo desaguado es generalmente aceptable.

12 – 15%

Requiere control intensivo de escorrentía para aplicación de lodo líquido.La aplicación de lodo desaguado es aceptable, aunque se recomienda incorporarlo inmediatamente dentro del suelo.

>15%

Aceptable sólo en suelos con buena permeabilidad, con longitud corta en pendiente y con el área de la zona inclinada en proporción pequeña en comparación con el área total de aplicación


Tabla 62. Profundidades mínimas típicas al nivel freático para la aplicación de los lodos sobre el suelo para asegurar el área transitable

Tipo de sitio Acuífero de consumo humano

Sin acuífero

Agrícola 0,9 m 0,5 mBosque 1,8 m 0,6 mSuelo fuertemente alterado 0,9 m 0,5 mSitio de disposición específico >0,9 m 0,5 m


18.4. Nutrientes

En la aplicación de los lodos sobre los suelos agrícolas, las tierras de bosques o pastos, el criterio de diseño, se basa, también, en el uso del lodo como fertilizante de la planta. En la mayor parte de los casos, la carga de diseño, se fundamenta en la satisfacción de las necesidades anuales de nitrógeno del cultivo, aunque algunos pocos diseños, se han hecho con base en la carga de fósforo. Sin embargo, vale la pena anotar que el criterio determinante de diseño será la carga mínima determinada sobre la base del nitrógeno requerido, fósforo o agente contaminante crítico.

18.4.1. Nitrógeno

El cálculo de la tasa de aplicación del lodo con base en los requerimientos de nitrógeno es complicado porque una gran porción de nitrógeno del lodo, se encuentra en forma orgánica, la cual es mineralizada lentamente, es decir, convertida en forma accesible a la planta en un período de varios años.

El nitrógeno disponible para un cultivo durante un año de aplicación de lodo, a partir del lodo aplicado ese mismo año, se puede calcular por la ecuación siguiente:

Na = 1.000 {NO3 + kv (NH4) + fn (No)}

92

Donde: Na = nitrógeno del lodo disponible a la planta durante el año de aplicación, con base en sólidos secos, Kg. N/Mg.

1.0 = kg/Mg de sólidos seco.

NO3 = porcentaje NO3 – N en el lodo, expresado como fracción decimal.

Kv = factor del volatilización para el amoniaco.

= 0,5 para lodo líquido aplicado superficialmente o con aspersor.

= 1,0 para lodo líquido o deshidratado, aplicado sub-superficialmente.

NH4 = porcentaje de amoníaco – N en el lodo, expresado como fracción decimal.

fn = porcentaje de nitrógeno orgánico en el lodo, expresado como fracción decimal.

El nitrógeno disponible, a partir de la mineralización del nitrógeno orgánico aplicado en años anteriores, se calcula por la ecuación siguiente:

Nam = 1.000 ∑ {f2 (No)2 + f3 (No)3+…+fn (No)n}

Donde:

Nam = nitrógeno disponible a la planta, en el año n, por concepto de la mineralización del nitrógeno orgánico del lodo aplicado en los n años anteriores, Kg. N/Mg sólidos secos.

(No)n = fracción decimal de nitrógeno orgánico remanente en el lodo después del año n.

fn = factor de mineralización para el año n correspondiente, según la Tabla 63

La fracción decimal de nitrógeno orgánico remanente en el lodo después del año n, susceptible de mineralización en el año siguiente, se calcula por la expresión siguiente:

(No)n = (No)n-1 – fn-1 (No)n-1

Tabla 63. Tasas de mineralización para el nitrógeno orgánico en los lodos de las aguas residuales

93

Período después de aplicación del

todo, añosLodoCrudo

Tasa de mineralización, %Lodo digerido Lodo

“comportado”Aeróbicamente Anaeróbicamente1 40 30 20 102 20 15 10 53 10 8 5 34 5 4 3 35 3 3 3 36 3 3 3 37 3 3 3 38 3 3 3 39 3 3 3 3

10 3 3 3 3


El nitrógeno total disponible durante el año n es la cantidad disponible aplicada durante el año (Na), más la cantidad disponible por concepto de mineralización del lodo aplicado en los años anteriores (Nam).

La carga anual de aplicación de lodos, con base en nitrógeno, se calcula por la ecuación siguiente:

Donde:

RN = carga anual de aplicación de lodo en el año n con base en nitrógeno, Mg sólidos secos/ha año.

UN = consumo vegetativo de nitrógeno, Kg. N/ha año, según la Tabla 64

NA + Nam = nitrógeno orgánico disponible para el año n, Kg. N/Mg.

18.4.2. Fósforo

Cuando el parámetro limitante del cultivo es el fósforo, la tasa de aplicación del lodo, se calcula por la ecuación siguiente.

Donde:

RP = Tasa de aplicación de lodo limitada por fósforo, Mg P/ha año.

94

UP = consumo vegetativo de fósforo, Kg. P/ha año, según la Tabla 64.

CP = concentración de fósforo en el lodo, disponible a la planta; generalmente, se supone igual a un 50% del fósforo total, mg /kg.

Tabla 64. Consumos de nutrientes para algunos cultivos

Cultivo NitrógenoConsumo, kg/ha. año

Fósforo PotasioAlfalfa 225 – 540 22 – 34 174 – 224Bromo 130 – 225 39 – 56 247Pasto bermuda costero

392 – 673 34 – 45 224

Pasto azul Kentucky 202 – 269 45 202Pasto de huerta 258 – 280 22 – 56 252 – 353Cebada 71 17 22Maíz 174 – 193 19 – 28 108Algodón 74 – 112 13 38Sorgo 135 16 69Papa 230 22 247 -323Soya 105 – 143 12 – 20 33 – 54Trigo 56 – 91 17 20 – 45Maderas duras 100 – 336 - -Pino rojo 112 - -Álamo 157 – 404 - -


18.5. Área requerida

Una vez definida la carga de aplicación del lodo de diseño, el área necesaria, se calcula por la ecuación siguiente:

Donde:

A = área requerida, ha.

QL = producción total de lodo, Mg sólidos secos/año.

Rd = tasa de aplicación de lodo de diseño, Mg sólidos secos/año.

18.6. Lodos de tanques sépticos

Para los lodos de los tanques sépticos, la tasa máxima volumétrica de aplicación, se calcula con base en la concentración de nitrógeno en el lodo, por la ecuación

95

siguiente:

CNV = tasa de aplicación del lodo líquido de tanques sépticos, m3/ha año

K = 3,2 X 106.

UN = cantidad de nitrógeno requerido por el cultivo, Kg. N/ha año, de la tabla 26.39

19.Requerimientos para la disposición de los lodos en el relleno sanitario Las Iguanas

En el relleno sanitario Las Iguanas, se permite el ingreso de desechos sólidos y semi-sólidos (con un contenido máximo de humedad del 70%). A continuación, se muestran los parámetros de control a los residuos sólidos y sus valores máximos permisibles para su ingreso al relleno sanitario (información tomada del Manual de Evaluación de Impacto Ambiental.- Segunda Edición. Larry W. Canter.- Páginas 319-321).

CONTAMINANTES, POR CLASE CONCENTRACIÓN, mg/Kg

Hidrocarburos alifáticos y cíclicos

Ciclohexano200

Ciclopentano 20.000

Deciclopentadieno 20

Heptanos 20.000

Heptenos 20.000

Hexanos 20.000

Hexenos 20.000

Octanos 2.000

Pentanos 200

Compuestos orgánicos con enlaces carbono-oxígeno

Etanol 20.000Metanol 20.000

Etilén glicol 2.000Acetona 20.000

Acetofenona 3.100Acroleína 20Butiraldehído 20

Formaldehído 200Metíl etíl cetona 20.000

96

Ácido acético 200

Compuestos orgánicos con enlaces carbono-nitrógeno

Acetonitrilo 20.000Anilina 200

Bencidina 20

PCBs y pesticidas organohalogenados

Bifenilos policlorados 0.001

Lindano 0.004

Otros Compuestos orgánicos halogenados

Compuestos volátiles de bajo peso molecular

Tetracloruro de carbono2.000

Cloroformo 200

Cloruro de metileno 2.000Tetracloroetileno 200

Tricloroetileno 2.000

Cloruro de vinilo 20.000

Compuestos aromáticos halogenados de alto peso molecular

Clorobenceno 20

Contaminantes por clase

Compuestos fenólicos halogenados de alto peso molecular

Cresoles clorados 100Pentaclorofenol 5

Hidrocarburos aromáticos policíclicos

Naftaleno 20

Otros compuestos aromáticos sustituidos

Benceno 200Tolueno 200

Xilenos 200

Fenol 100

Compuestos organometálicos

Carbono de níquel 2.0Tetraetil plomo 20

97

Mercurio 0.6

Compuestos inorgánicos volátiles según el pH

Amoníaco 10Sulfuro de hidrógeno 2.0

Cianuro 3.6

Compuestos inorgánicos reactivos

Bromo 200

Cromatos 0.3

Oxido de magnesio 20.000

Cloro 2.0

Metales pesados

Antimonio 620

Bario 180

Berilio 5.4

Boro 220

Cadmio 0.30

Cerio 2.100

Cesio 2.200

Cromo 44

Cobalto 130

Cobre 2.4

Hierro 1.000

Lantano 3.200

Plomo 0.76

Litio 75

Manganeso 104

Molibdeno 940

Niquel 56

Rubidio 280

Plata 0.12

Estroncio 2

Talio 40

Torio 2.200

Estaño 120

Titanio 170

Tungsteno 2.200

Uranio 56

Vanadio 20

Zinc 20

Nutrientes principales

Fósforo 200

98

Macro-elementos

Aluminio 1.4

Bromuro 128.000

Calcio 20.000

Fluoruro 46

Magnesio 10.000

Potasio 8.600

Sílice 26.000

Sulfato 8.600

Gases ácidos

Ácido clorhídrico 22.000

Ácido nítrico 90

Ácido sulfúrico 90

99

CITAS BIBLIOGRÁFICAS

Depuración de Aguas Residuales, Aurelio Hernández Muñoz, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, PARANINFO S.A., España, 1.998

Depuración de Aguas Residuales, Dr. Aurelio Hernández Muñoz, Cuarta Edición revisada y ampliada, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Servicio de Publicaciones del Colegio de Ingenieros de Caminos de Madrid (UPM), Colección Señor No. 9, 1998.

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