MANEJO Y DISPOSICION DE LODOS

El tratamiento de las aguas residuales produce una serie de subproductos como son los residuos de las rejas, desarenadores y sedimentadores. Este caso específico se refiere a los productos retenidos en los sedimentadores tanto primarios como secundarios y que vienen a conformar la parte más importante de los subproductos.

Los lodos antes de su disposición final deben ser acondicionados a causa del alto contenido de materia orgánica putrescible y que no pueden ser dispuestos libremente. El lodo procedente de las plantas de tratamiento, varía según el tipo de planta.

En líneas generales se puede indicar que los lodos provienen de la sedimentación primaria y representa entre el 0,22% y el 0,93% del volumen de agua residual y el contenido de sólidos volátiles es del 63% al 83%.

En el caso de los lodos provenientes de la sedimentación secundaria, varían en función de los procesos. Los lodos resultantes de los filtros percoladores muestran un rendimiento de 0,08% a 0,10% del caudal tratado y el contenido de sólidos volátiles es del 60% en promedio.

Los lodos activados comúnmente presentan rendimiento del 1,2 al 1,5 del volumen de agua tratado con un contenido de humedad de 97% al 99%.

En el Tabla No. 23 se resumen las características de los lodos procedentes de diferentes procesos de tratamiento.

TABLA No. 23 CARACTERÍSTICAS DE LODOS

TIPO DE

LODO

ASPECTO OLOR SECADO HUMEDAD

(%)

Primario Pardo y

pegajoso

Fuerte Difícil 95.0 - 97.5

Secundario

Filtro biológico Ceniciento floculento

Medio Medio 92,0 – 95,0

Lodo activado Marrón floculento Suave Difícil 98,5 – 99,5 Precipitación química Ceniciento gelatinoso Fuerte Difícil 93,0 – 95,0

Lodo séptico Negro Fuerte Lodo digerido Negro

homogéneo granular Suave Fácil S.P. 87 F.B. 90 L.A. 93 P.Q. 90 S.P. Sedimentador primario F.B. Filtro biológico L.A. Lodo activado P.Q. Precipitación química

Fuente: Curso Internacional “Gestión Integral de Tratamiento de Aguas Residuales”. CEPIS/OPS- OMS. Septiembre de 2.002.

En la figura 45 se representa los posibles tratamientos del lodo, las flechas indican el flujo del lodo, cada proceso genera residuos que pueden ser llevados a una nueva operación o a disposición final. La parte derecha relaciona las diferentes alternativas tecnológicas de cada operación, su aplicación depende de criterios técnicos y económicos.

En términos generales las operaciones de manejo de lodos son: concentración, digestión, deshidratación, secado, incineración y disposición final en rellenos sanitarios o en terreno

Concentración Digestión Deshidratación Secado Incineración Sedimentación y resedimentación por gravedad Concentración Mecánica

Flotación Biológica y a presión o vacío.

Aireación aeróbica extendida

Digestión anaeróbica

Flotación

Filtración al vacío

Centrifugado

Secado al aire y en lechos

Secado por fluizado y calentamiento

Oxidación húmeda por calentamiento y presión. En hornos de hogar múltiples de los lodos deshidratados

Fluidizada de los sólidos secados por calor,

FIGURA No. 45 FLUJO PARA MANEJO DE SÓLIDOS

Disposición final LODOS

De éstos, la digestión, incineración u oxidación por vía húmeda son los más empleados para la reducción de la materia orgánica, y la concentración, acondicionamiento y deshidratación para la eliminación de la humedad.

El tratamiento de la materia orgánica persigue:

(a) Reducción apreciable del contenido de la materia orgánica volátil. (b) Aumento del contenido de sólidos fijos.

(c) Reducción del contenido de humedad.

(d) Mayor posibilidad de drenaje del agua contenida en los lodos. (e) Producción de gases, principalmente metanos.

Veamos algunas consideraciones generales de estos procesos:

28.1 ESPESAMIENTO.

Para concentrar los sólidos se utiliza espesamiento por gravedad. Los sedimentos primarios se pueden espesar hasta 6 o 8% y los secundarios hasta 2%. El espesamiento por gravedad tiene algunos aspectos negativos; la actividad microbiana crea olores molestos e hidroliza parte de los compuestos orgánicos. El flujo de retorno devuelve algunos sólidos y compuestos orgánicos solubles al sistema de tratamiento, para su eliminación por segunda vez.

28.2. FLOTACION

La flotación con aire es satisfactoria para concentrar sedimentos secundarios hasta aproximadamente 4%. Por lo general, los sólidos que entran se saturan con aire a una presión de 275 a 350 kPa (40 a 50 psi) antes de llegar al tanque de flotación. A medida que el aire entra en contacto con la solución, las burbujas finas recolectan en su parte inferior los sólidos en suspensión y los transportan a la superficie del tanque. Los sólidos espesados se raspan de la superficie, en tanto que el efluente se extrae de la mitad del tanque y se devuelve al sistema de tratamiento.

28.3. CENTRIFUGACION

Las centrifugas dan por resultado una captación de sólidos de 85 a 90%, con una buena operación. El problema es que la zona central del centrifugado contiene los sólidos finos, cuya eliminación no es fácil y, por lo general es la parte del producto centrifugado se devuelve al proceso de tratamiento, de donde puede ser extraída o no. Desde el punto de vista económico, las centrifugas no se recomienda a menos que la concentración de la torta de sedimento producida tenga por lo menos de 20 a 25% de sólidos.

28.4. DIGESTION ANAEROBIA

Ya que los componentes orgánicos del sedimento primario o secundario contienen compuestos biodegradables, los sedimentos concentrados se pueden tratar mediante una digestión anaerobia. Los digestores anaerobios son grandes tanques cubiertos con tiempos

de retención que varían entre 20 y 30 días, en función del volumen de sedimento que se agrega diariamente. Se construyen dos digestores anaerobios de iguales a dimensiones y se operan en serie, para que cada unidad tenga un tiempo de retención de 10 a 15 días.

La digestión anaerobia da por resultado la conversión de los compuestos orgánicos biodegradables en metano, bióxido de carbono y células microbianas. Debido a la energía contenida en el metano, la producción de masa microbiana es bastante baja.

28.5 FILTRACION ANAEROBIA

La digestión anaerobia está limitada por la capacidad del sistema para retener un alto nivel de bacterias formadoras de metano. El filtro anaerobio se desarrolló para retener estas bacterianas en un medio fijo, con objeto de tratar altos volúmenes de compuestos orgánicos relativamente diluidos con digestión anaerobia y la producción de metano gaseoso. Con un medio fijo, el tiempo de retención del fluido se reduce a unas cuantas horas o días dependiendo de la concentración de los lodos.

28.6. GIGESTION AEROBIA

El sedimento activado a desechar se trata más fácilmente en los sistemas aerobios que en los anaerobios. En el tanque de aireación se realiza una digestión aerobia parcial del sedimento; sin embargo, en la mayor parte de los casos sólo se logra una digestión de 25 a 35% del sedimento activado de desecho. Un periodo adicional de aireación de 15 a 20 días es adecuado para reducir la masa biodegradable de residuos a un nivel suficiente para su filtración y regreso al medio ambiente. Uno de los problemas en la digestión aerobia es la imposibilidad de concentrar los sólidos a niveles mayores a 2%. El segundo problema es la nitrificación. La alta concentración de proteína en los sólidos biodegradables da por resultado la liberación de amoniaco, que se puedo oxidar durante los largos periodos de retención en el digestor aerobio. La limitación de la transferencia de oxígeno en el digestor aerobio es el mejor método para controlar la nitrificación y el bajo pH resultante. Los altos costos de potencia en la digestión aerobia ayudan a mantener el suministro de oxígeno cercano al nivel requerido.

28.7 ACONDICIONAMIENTO QUÍMICO.

La cal, el alumbre y varias sales ferricas se utilizan para acondicionar el sedimento antes de filtrarlo. La cal reacciona para formar cristales de carbonato de calcio, que actúa como una matriz sólida para mantener separadas las partículas de sedimento y permitir que el agua escape durante el filtrado o el desaguado. El alumbre y las sales de hierro ayudan a desplazar parte del agua unida a los compuestos orgánicos hidrofílicos y a formar parte de la matriz inorgánica. El acondicionamiento químico incrementa en 10 a 25% la masa de sedimento final a manejar, dependiendo de las características del sedimento individual. Este tratamiento también ayuda a eliminar parte de las partículas finas, al incorporarlas en los precipitados químicos insolubles.

El acondicionamiento térmico de los sedimentos a desechar se desarrolló para oxidar totalmente los compuestos orgánicos, pero surgieron problemas de operación al cambiar el tratamiento térmico de un proceso de oxidación total a un proceso de acondicionamiento térmico de un proceso de oxidación total a un proceso de acondicionamiento térmico. Por lo general después de la reacción térmica los sólidos se separan en un tanque cubierto de sedimentación. Los gases emitidos tienen olor desagradable y generalmente se pasan a un calcinador para su total combustión. El líquido que sobrenada se devuelve al proceso de tratamiento y se vuelve a tratar.

28.9. FILTRACION AL VACIO

La filtración al vacío es el método más común para filtrar o desaguar los sedimentos. Los filtros al vacío constan de un tambor rotatorio cubierto con un medio filtrante de tela, que puede ser de diversas fibras plásticas o de lana. El filtro opera mediante la aplicación de vacío al tambor que gira dentro del sedimento acondicionado químicamente. El vacío mantiene adherida una capa delgada de sedimento, que se desagua a medida que el tambor sale de la tina de sedimento. Cuando el tambor gira al otro lado, chorros de aire a presión reemplazan el vacío y separan la torta de sedimento del medio filtrante a medida que la tela se aleja del tambor y se desplaza sobre una serie de rodillos, donde el sedimento se separa por medio de una cuchilla y cae por gravedad a un transportador de banda. El sedimento filtrado se transporta por la banda hasta el siguiente punto de concentración, en tanto que el medio filtrante se lava con rocío y regresa al tambor antes de entrar a la tina de sedimento.

28.10. FILTRACIÓN A PRESIÓN.

Los filtros a presión constan de una serie de placas y marcos separados por un medio de tela. La presión fuerza el paso del sedimento al filtro mientras se extrae el filtrado. El filtro prensa opera a presiones que varían entre 689 y 1380 kPa (100 a 200 psi) y el calcio a presión requiere de 1,5 a 4 h. Por lo general, se necesitan de 20 a 30 minutos para eliminar la torta del filtro. Las tortas de sedimento varían de 20 a 25% para el sedimento activado a desechar, hasta 50% para el sedimento primario. Se requiere acondicionamiento químico para obtener una buena filtración del sedimento.

28.11. LECHOS DE ARENA.

Los filtros de lecho de arena se utilizan para filtrar sedimentos digeridos en forma anaerobia o aerobia. Estos filtros operan mejor en sistemas de tratamiento relativamente pequeños instalados en áreas más o menos secas. El lecho de arena consta de grava gruesa hasta arena fina en una serie de capas y con una profundidad de 0,42 a 0,6 m (1,5 a 2 ft). El sedimento digerido se coloca sobre toda la superficie del filtro hasta una profundidad de 0,3 m y se deja hasta que seca. El agua que pasa a través del lecho de arena se lleva a un sistema de tubos de subdrenaje y se saca del filtro. El secado atmosférico elimina lentamente el agua restante. El lodo o sedimento debe eliminarse a mano del lecho antes de agregar la segunda capa de sedimento.

28.12. INCINERACIÓN.

La incineración se utiliza para reducir el volumen del sedimento después del filtrado. Las fracciones orgánicas presentes en los sedimentos se incineran por si mismas si no tienen demasiada agua. Para la combustión del sedimento se utilizan incineradores de hogar múltiple y de lecho fluidificado. El incinerador de hogar múltiple consta de varías cámaras dentro de un horno cilíndrico vertical. El sedimento filtrado se alimenta a la cámara superior y se empuja lentamente a través del incinerador y cae por gravedad a la siguiente cámara o nivel, hasta que finalmente llega a la cámara de fondo.

En el incinerador de lecho fluidificado se utilizan arena caliente como depósito de calor para secar el sedimento y quemar los compuestos orgánicos. La turbulencia creada por el aire y la suspensión de arena requiere que los gases de salida se traten en un depurador en húmedo antes de descargarlos. Las cenizas se extraen del agua del depurador mediante un separador tipo ciclón. Por lo general, el agua se devuelve al proceso de tratamiento y se diluye con el efluente total de la planta. La ceniza se entierra.

28.13. DISPOSICIÓN EN RELLENOS SANITARIOS.

A menudo, el sedimento seco, digerido o no, se entierra en un relleno sanitario para minimizar el impacto al medio ambiente. Recientemente se ha incrementado la preocupación respecto a los rellenos sanitarios, por lo que es más difícil el simple entierro de los sedimentos secos. Es necesario asegurarse de que no existen filtraciones en los rellenos sanitarios y deben monitorearse con regularidad, para determinar que no causan daño al medio ambiente. El contenido de humedad de la mayor parte de los sedimentos hace que constituyan un problema en los rellenos sanitarios diseñados para los desperdicios sólidos y es necesario enterrarlos por separado, incluso en el mismo relleno.

28.14. DISEMINACIÓN EN EL TERRENO.

El contenido de nutrientes en la mayor parte de los sedimentos posibilita su uso como fertilizantes y acondicionadores de tierra si se mezclan en forma adecuada con la superficie del terreno. La diseminación en el terreno ha ganado popularidad en las áreas agrícolas. Por lo general, la proporción de aplicación del sedimento al terreno se controla mediante el contenido de nitrógeno del sedimento. Ya que los requerimientos de nitrógeno varían según los diferentes cultivos, la aplicación de nitrógeno no está limitada aproximadamente de doble de los requerimientos de nitrógeno del cultivo propuesto. En el sedimento se dispone de aproximadamente la mitad de nitrógeno requerido. La liberación de los nutrientes del sedimento es más lenta que en los fertilizantes químicos, lo que permite disponer de los nutrientes a medida que el cultivo los requiere. El sedimento activado es un excelente acondicionador de tierra debido al humus que contiene y que proporciona una buena matriz para el crecimiento de la raíz, mientras que los elementos nutrientes se liberan en una combinación adecuada, para el óptimo crecimiento de la planta. Existe preocupación sobre la presencia de metales pesados en algunos sedimentos y deben tomarse las medias necesarias para reducir al mínimo la concentración, dado que estos no pueden eliminarse fácilmente, es importante evitar que entren al sistema de tratamiento de agua residual.

LECCION 29. CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE LOS PROCESOS DE