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 Lodos
1. Espesamiento.
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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 Lodos
2. Desaguado de Lodos.
a) Filtros Prensa de Bandas.
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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 Lodos
3. Centrífugas.
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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 Lodos
c) 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 Lodos
d) 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 Lodos
d) 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