Sistemas Alternativos para el Tratamiento de Aguas Residuales y

Lodos Producidos.

Módulo Soluciones de Saneamiento

Objetivos

• Manejar los conceptos básicos sobre el tratamiento de aguas residuales y lodos.

• Reconocer las diferentes procesos unitarios para el tratamiento de aguas residuales y lodos.

• Identificar las diferentes fuentes de generación de lodos y las diferentes opciones de manejo.

Conceptos• Lodos. Son considerados todos los materiales sólidos y

semisólidos removidos del agua residual en plantas de tratamiento. Los residuos orgánicos del tratamiento primario y secundario constituyen la mayoría de los lodos, pero también incluyen arena, natas y sólidos del cribado.

• Lodo Primario. Son aquellos sólidos o semisólidos provenientes de la sedimentación primaria realizada en la mayoría de las plantas de tratamiento de aguas residuales.

• Lodo Biológico. Son aquellos sólidos o semisólidos producidos por procesos de tratamiento, tales como, lodos activados, filtros percoladores y biodiscos.

• Lodo Químico. Son aquellos precipitados químicos que normalmente se mezclan con los sólidos del lodo primario y/o biológico.

Composición y Características de

los Lodos

• Lodos Primarios

Composición y Características de

los Lodos

• Lodos Primarios

Composición y características de los Lodos

• El lodo primario típicamente contiene más de 100 diferentes especies de bacterias anaerobias y facultativas. Bacterias reductoras y oxidantes del sulfato, huevos de gusanos y moscas, y microorganismos patógenos típicamente están presentes.

• Las cargas industriales pueden afectar fuertemente la concentración de lodo primario.

• La producción de lodo primario está generalmente dentro del ámbito de 100 a 300 mg/l..

• Para estimar la producción de lodo primario para determinada planta se requiere calcular la cantidad de sólidos suspendidos totales (SST) que entran al tanque de sedimentación primaria y suponer una eficiencia de remoción.

Composición y características de los Lodos

• Cuando no hay disponibles datos específicos del sitio para los SST influentes, frecuentemente se utilizan valores de 0.07 a 0.11 kg/cápita/d.

• La eficiencia de remoción de SST en el tanque de sedimentación primaria normalmente es del orden de un 50% a 65%.

• La eficiencia de remoción de sólidos suspendidos en la sedimentación primaria depende, en gran parte, de la naturaleza de los sólidos.

• La cantidad de lodo extraído del tanque de sedimentación primaria se incrementa substancialmente cuando las corrientes colaterales del proceso de tratamiento de lodos son reciclados al tanque de sedimentación primaria.

Composición y características de los Lodos

• El lodo primario puede flotar cuando se le adhieren burbujas de gas generado bajo condiciones anaerobias.

• Las condiciones que favorecen la formación de gas incluyen: temperaturas calientes, depósitos de sólidos en los colectores, desechos sépticos fuertes, tiempos de retención de sólidos en los tanques de sedimentación prolongados, falta de pre-cloración adecuada y recirculación de los licores del lodo.

• Si se mezclan los lodos biológicos con el agua residual, generalmente resultará una concentración menor de lodo primario.

• Las cargas industriales pueden afectar fuertemente la concentración de lodo primario.

Composición y características de los Lodos

• LODOS BIOLÓGICOS. • Las cantidades y características de los lodos biológicos

varían con las tasas metabólicas y de crecimiento de los diferentes microorganismos presentes en el lodo.

• Las plantas con sedimentación primaria normalmente producen un lodo biológico bastante puro.

• La concentración y, por tanto, el volumen del lodo biológico purgado son afectados grandemente por el método de operación de los clarificadores.

Composición y características de los Lodos

• Tipos de Lodos Biológicos:– Lodo Activado. – Lodo Activado Purgado.– Lodo de Filtros Biológicos – Filtros Percoladores.– Lodos Conjuntos de Crecimientos Fijos y

Suspendidos.– Lodo de la Desnitrificación.

Composición y características de los Lodos

• LODOS QUÍMICOS.• Los químicos pueden incrementar enormemente la producción

de lodos. La cantidad del incremento depende de los químicos utilizados y las tasas de adición. No existe una relación sencilla entre la masa de químicos adicionados y la masa de lodos producida.

• Se generan diferentes tipos de precipitados, como: – Precipitados de Fosfato. Ejemplos son: AlPO4 o Al(H2PO4)(OH)2 con sales

de aluminio, FePO4 con sales de hierro y Ca3(PO4)2 con cal.– Precipitados de Carbonato. Esto es significativo con cal, que forma

carbonato de calcio, CaCO3. Si se utiliza recarbonatación en dos etapas, se forma un lodo recarbonatado de casi CaCO3 puro.

Composición y características de los Lodos

– Precipitados de Hidróxido. Con sales de hierro y aluminio, un exceso de sal forma un hidróxido, Fe(OH)3 o Al(OH)3. Con cal, hidróxido de magnesio, Mg(OH)2, puede ser formado; el magnesio proviene del agua residual influente, de la cal, o de las sales de magnesio.

– Sólidos Inertes de los Químicos. Esta situación se vuelve importante con la cal. Si la cal viva es un 92% CaO, el ocho por ciento restante puede ser principalmente sólidos inertes que aparecen en el lodo. Muchos químicos suministrados en forma seca contienen cantidades importantes de sólidos inertes.

– Sólidos de Polímeros. Los polímeros pueden ser utilizados como coagulantes primarios y para mejorar la eficiencia de otros coagulantes. Los polímeros en sí contribuyen poco a la masa total, pero pueden mejorar substancialmente la eficiencia del clarificador, con el consiguiente incremento en la producción de lodo.

Composición y características de los Lodos– Sólidos Suspendidos del Agua Residual. La adición de cualquier

químico al proceso de tratamiento de aguas residuales afecta la eficiencia del proceso. El cambio en la producción de lodo deberá ser considerada. Las cantidades de los diferentes precipitados en los lodos químicos son determinadas por las condiciones de pH, mezclado, tiempo de reacción, composición del agua y la oportunidad de floculación.

• Las propiedades de los lodos químicos son afectadas principalmente por los compuestos precipitados y los demás sólidos de las aguas residuales.

• Los elementos tóxicos frecuentemente son sólidos no volátiles, que permanecen en el lodo después de la remoción de los sólidos volátiles. La remoción de los sólidos volátiles, tales como la material orgánica incrementa la concentración de los componentes no volátiles, expresados en base seca.

Tratamiento de Lodos1. Espesamiento.• El espesamiento consiste en la remoción del agua del lodo

para lograr una reducción en el volumen.• El material resultante es aún fluido.• Los lodos son espesados principalmente para disminuir los

costos de capital y operación de los procesos subsecuentes, mediante la reducción del volumen.

• Dependiendo del proceso seleccionado, el espesamiento puede también proporcionar los siguientes beneficios: mezclado del lodo, igualación del gasto, almacenamiento, remoción de arena, lavado de gases y clarificación.

Tratamiento de Lodos2. Desaguado de Lodos.a) Filtros Prensa de Bandas.– Los filtros prensa tipo banda tienen bandas móviles sencillas o

dobles para desaguar los lodos en forma continua, mediante una combinación de drenado por gravedad y compresión.

– El lodo es desaguado en el filtro banda secuencialmente, a través de 3 etapas operativas: acondicionamiento químico del lodo influente, drenado por gravedad hasta una consistencia no fluida y compactación del lodo en una zona de presión.

– La operación empieza cuando entra el lodo floculado con polímero a la sección de drenado por gravedad, donde se tiene una banda continua porosa que proporciona una gran área superficial a través de la cual se lleva a cabo el drenado.

Tratamiento de Lodos

2. Desaguado de Lodos.a) Filtros Prensa de Bandas.– Un sistema de distribución aplica el lodo uniformemente sobre la

banda. El filtrado de la zona de gravedad es recolectado y conducido por tubería al sistema de drenaje.

– El lodo espesado sale de la etapa de desaguado por gravedad y entra a la etapa de compresión.

– El desaguado adicional se lleva a cabo al exprimir el lodo entre dos bandas porosas.

– El incremento de presión empieza en la zona de "cuña", donde las dos bandas entran en contacto después de la zona de desaguado por gravedad.

Tratamiento de Lodos

2. Desaguado de Lodos.a) Filtros Prensa de Bandas.– A medida que el lodo atraviesa la prensa, los diámetros

progresivamente menores de los rodillos incrementan la presión sobre el lodo.

– Los esfuerzos cortantes en la sección de alta presión son suficientemente altos para liberar parte del agua atrapada y posiblemente algo del agua intercelular.

Tratamiento de Lodos3. Centrífugas.• La centrifugación involucra la fuerza centrífuga, que es aplicada a una

corriente de lodo líquido, que acelera la separación de las fracciones líquidas y sólidas. La separación de la torta de lodo del centrifugado está basada en la diferencia de densidad entre los sólidos del lodo y el líquido circundante.

• Hay tres tipos básicos de centrífugas que son boquilla de disco, canasta y tazón sólido. La centrífuga de disco pocas veces se usa para el desaguado de lodo. Las máquinas de canasta y tazón sólido han sido utilizadas para el desaguado y espesamiento, sin embargo las máquinas de tazón son las más utilizadas para el desaguado de lodos actualmente.

• La centrífuga de tazón sólido funciona con una alimentación y descarga continua. La máquina tiene un tazón de pared sólida sin perforaciones, generalmente con un eje de rotación horizontal. La fuerza centrífuga provoca que la superficie del líquido esté casi paralela al y equidistante del eje de rotación.

Tratamiento de Lodos

4. Lechos de Secado.• El desaguado natural de lodos es uno de los primeros métodos para

reducir el contenido de agua de lodos antes de disposición final; incluye el uso de lechos de arena abiertos o cubiertos y otros tipos de lechos de secado.

• El costo y disponibilidad de terreno, los impactos estéticos de grandes áreas de lechos, y la extensa mano de obra requerida para remover el lodo son factores que obstaculizan el uso de procesos naturales en muchas plantas grandes.

• Los costos de energía, sin embargo, son más bajos que los de sistemas alternativos, y los procesos naturales han sido eficientados mediante mejores métodos de remoción de lodos, uso de polímeros y otras consideraciones de diseño.

Acondicionamiento de Lodos• El acondicionamiento del lodo consiste en el tratamiento químico para

mejorar la eficiencia de los procesos de espesado o desaguado. El acondicionamiento químico involucra el uso de sustancias inorgánicas, poli-electrolitos orgánicos, o ambos. La aplicación de ayudas de filtración está limitada al proceso de filtración a presión.

• El cloruro férrico y la cal son los químicos inorgánicos de uso más común, pero también se usa el sulfato ferroso con cal.

• El cloruro férrico y la cal son utilizados principalmente para acondicionar el lodo activado, ya sea solo o combinado con lodos primarios.

• Los poli-electrolitos orgánicos o "polímeros" se utilizan para procesos tanto de espesamiento como desaguado. La principal ventaja de los polímeros sobre químicos inorgánicos es que los polímeros no aumentan significativamente la producción de lodo.

• Cada kilogramo de químicos inorgánicos adicionado en el acondicionamiento produce un kilogramo adicional de lodo.

Estabilización de Lodos• La estabilización consiste en la destrucción de células, con la

consiguiente disminución del volumen de líquido o peso de sólidos a tratar en operaciones sucesivas.

• El principal objetivo de la estabilización es el de convertir el lodo tratado en menos oloroso y putrescible, así como reducir el contenido de organismos patógenos.

• Algunos procedimientos utilizados para lograr este objetivo también pueden resultar en cambios básicos en el lodo.

• La selección de un cierto método estriba principalmente en el procedimiento de disposición final planeado.

• Si va a desaguar e incinerar el lodo, frecuentemente no se emplea un procedimiento de estabilización.

• La estabilización puede llevarse a cabo mediante cualquiera de los siguientes procesos: digestión anaerobia, digestión aerobia, estabilización con cal y composteo.

Estabilización de Lodos

a) Digestión Anaerobia.– La digestión anaerobia consiste en la degradación biológica de

sustancias orgánicas complejas, en ausencia de oxígeno libre.– Durante el desarrollo de estas reacciones se libera energía, y

gran parte de la materia orgánica es transformada en metano, bióxido de carbono y agua.

– Como quedan disponibles poco carbono y energía, para sostener la continuación de la actividad biológica, los sólidos restantes son estabilizados.

– El proceso anaerobio es controlado básicamente por las bacterias metanogénicas debido a su lento crecimiento y sensibilidad a cambios ambientales.

Estabilización de Lodos

b) Digestión Anaerobia.– La digestión aerobia es la estabilización oxidativa bioquímica del lodo

en reactores abiertos o cerrados que son independientes del proceso líquido.

– La digestión aerobia involucra la oxidación directa de cualquier materia biodegradable y la oxidación del material celular microbiano por los organismos.

– Estudios sobre la digestión aerobia de lodos municipales indican que la digestión aerobia funcionó tan bien como, si no mejor que, la digestión anaerobia en la reducción de los sólidos volátiles del lodo.

– Los procesos de digestión aerobia fueron económicos de construir, tenían menores problemas operativos que los procesos de digestión anaerobia y producían un lodo digerido que drenaba bien.

Estabilización de Lodosc) Estabilización con Cal.

– La estabilización con cal es un proceso muy simple. La estabilización con cal puede ser una alternativa eficiente cuando existe la necesidad de proporcionar:

• Respaldo para instalaciones de estabilización existentes. Un sistema de estabilización con cal se puede arrancar o parar rápidamente. Por tanto, se puede utilizar para complementar instalaciones existentes, cuando la cantidad de lodo excede el nivel de diseño, o sustituir la incineración durante fallas en el suministro del combustible.

• Manejo provisional del lodo. Los sistemas de estabilización con cal tienen costos de capital bajos y, por consiguiente, puede ser factibles si existen planes de abandonar la planta o proceso al cabo de pocos años.

• Expansión de las instalaciones existentes o construcción de nuevas instalaciones para mejorar el control de olores y patógenos. La estabilización con cal es particularmente aplicable a plantas pequeñas o cuando la planta será cargada sólo en forma periódica.

– En todos los casos, se requiere un sitio adecuado para la disposición o aprovechamiento del lodo estabilizado.

Estabilización de Lodosd) Composteo.

– El composteo de lodos consiste en la descomposición termofílica aerobia de los componentes orgánicos de un material relativamente estable muy parecido al humus.

– Los factores ambientales afectan la actividad de las bacterias, hongos y actinomicetos que llevan a cabo este proceso de oxidación e influyen en la velocidad y curso de los ciclos de composteo.

– La volatilidad y tipo de material, contenido de humedad, concentración de oxígeno, relación de carbono/nitrógeno, temperatura y pH son la clave para determinar el proceso.

– El lodo no es convertido a materia totalmente inerte por el composteo.– El proceso de composteo es considerado completo cuando el producto

puede ser almacenado sin producir malos olores y los organismos patógenos hayan sido reducidos a un nivel tal que el material puede ser manejado sin mayor riesgo.

Estabilización de Lodos

d) Composteo.– La composta producida de lodos municipales puede proporcionar una

porción de los requerimientos de nutrientes para el crecimiento de cultivos agrícolas.

– La materia orgánica en la composta es particularmente benéfica como mejorador de suelo, debido a que ha sido estabilizada, se descompone lentamente y retiene sus efectos benéficos durante mayor tiempo que la materia orgánica de desechos que no han sido composteados.

– El lodo composteado puede mejorar la calidad de suelos que contienen cantidades excesivas de arena o arcilla, así como suelos mejor balanceados.

Estabilización de Lodosd) Composteo.

– Las técnicas clásicas y nuevas para desechos sólidos han sido modificadas para el composteo de lodos. Estas se pueden clasificar como:

– Procesos sin confinar • Camellón • Pila estática aereada • Pila individual • Pila extendida

– Procesos confinados– Los procesos sin confinar no están encerrados, aunque se puede

proporcionar un techo para proteger a la composta de la lluvia. Los procesos sin confinar hacen uso de equipo mecánico portátil, tal como cargadores frontales o mezcladores para el mezclado y volteo.

– Los sistema confinados utilizan un contenedor estacionario encerrado o reactor para el composteo.

Disposición en Terreno de Lodos• La aplicación de lodos estabilizados de plantas de tratamiento de

aguas residuales es el esparcimiento del lodo sobre o justo abajo de la superficie del terreno.

• La aplicación de lodos a terrenos es, actualmente, el método de uso y disposición de lodos más utilizado por las plantas de tratamiento de aguas residuales pequeñas y medianas.

• El lodo puede ser aplicado a: – Terrenos agrícolas – Terrenos forestales – Terrenos alterados – Sitios dedicados a la disposición de lodos

• En los cuatro casos, la aplicación ha sido diseñada con el objetivo de proveer un tratamiento adicional al lodo.

Disposición en Terreno de Lodos

• La luz del sol, los microorganismos y el secado del lodo se combinan para destruir los agentes patógenos y las substancias orgánicas tóxicas presentes en los lodos.

• Los metales traza se quedan atrapados en la matriz del suelo y los nutrientes son tomados por las plantas y convertidos en biomasa útil.

• En los primeros tres casos, el lodo es utilizado como un recurso útil para mejorar las características del suelo..

• El lodo actúa como una acondicionador que facilita el transporte de los nutrientes, incrementa la retención de agua y mejorar el suelo. El lodo, además, funciona como un substituto parcial de los fertilizantes químicos caros.

Gracias por la atención brindada