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• Alejo Hernesto Corvalan Gonzalez

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DIAGRAMA DE LOS PROCESOS DE TRATAMIENTO DE FANGO Ing. Luis Bonilla Abarca

DIAGRAMA DE LOS PROCESOS DE TRATAMIENTO DE FANGO OBJETIVO: Describir las operaciones y procesos unitarios que se utilizan en el tratamiento de fangos, con las siguientes finalidades: 1.- Reducción de volumen 2.- Estabilización 3.- Textura adecuada

TRATAMIENTO Y EVACUACIÓN DE FANGOS

PRINCIPALES ETAPAS: 1. 2. 3. 4. 5.

PRETRATAMIENTO ESPESAMIENTO ESTABILIZACIÓN ACONDICIONAMIENTO DESINFECCIÓN

6. DESIDRATACION 7. SECADO 8. REDUCCIÓN TÉRMICA 9. EVACUACIÓN FINAL

PRETRATAMIENTO Dilaceración Mezclado

Almacenamiento Desarenado

Sólidos cortados en partículas pequeñas. Homogenización, alimentación uniforme. Evita variaciones de flujo. Permite acumulación de fangos. Desarenadores de ciclón.

ESPESAMIENTO Aumenta el contendio de sólidos por eliminación de agua En tambor rotativo

Por gravedad

Por flotación

Por centrifugación Por gravedad en banda

Aire disuelto. Al vacío. Por dispersión al aire.

Centrífuga de cesta. Centrífuga de camisa maciza.

ESTABILIZACIÓN OBJETIVOS: 1. Reducir presencia de patógenos. 2. Eliminar olores desagradables. 3. Inhibir, reducir, o eliminar su potencial de putrefación.

ESTABILIZACIÓN Oxidación por cloro Estabilización con cal

Pretratamiento y Postratamiento

Tratamiento térmico

Se calienta el fango a 260 °C a presiones de 2760 KN/m².

Digestión anaerobia

Es el proceso más utilizado.

Digestión aerobia

Sirve para plantas pequeñas.

Compostaje

Degradación biológica de la M.O. hasta conseguir un producto final estable.

ACONDICIONAMIENTO Objetivo: Mejora la característica de la desidratación de los fangos

Acondicionamiento químico

Con adición de químicos se reduce La humedad.

Elutriación

Mezcla íntimamente el fango con otro líquido para transferir ciertos componentes desde aquellos a este último.

Tratamiento térmico

Rompe la estructura del gel y destruye la afinidad del agua, logra estirilizar el fango.

DESINFECCIÓN Objetivo:Eliminar patógenos presentes en el fango líquido y deshidratado.

Pasteurización

A 70°C por 30 min.se inactiva cistos y huevos de parásitos.

Almacenamiento a largo plazo

Almacena fango digerido en lagunas excavadas para: almacenamiento y desinfección. Tiempo de desinfección: 60 días a 20°C 120 días a 4°C

DESHIDRATACIÓN Objetivo: Reduce el contenido de humedad del fango. Filtro de vacío Filtro prensa

Placas volumen fijo. Placas volumen variable.

Filtro de banda horizontal Centrífuga

Era de secado Lagunas

De camisa maciza De cesta Convencionales de arena, pavimentadas, de medio artificial, por vacío.

Reemplaza a eras de secado.

SECADO Objetivo: Con aporte de calor auxiliar elimina la humedad del fango.

Evaporador de efecto múltiple Secado instantáneo

Secado por pulverización Secado en horno rotativo Secado en horno de pisos múltiples.

REDUCCIÓN TÉRMICA

OBJETIVOS: 1. Conversión total o parcial de sólidos orgánicos a productos finales oxidados como CO2 y H2O. 2. Oxidación y volatilización parcial de sólidos orgánicos por pirólisis o combustión completa.

REDUCCIÓN TÉRMICA Incineración en hornos de pisos múltiples Incineración en hornos de

lechos fluidificados Combustión instantánea

Co-incineración con residuos sólidos reactor vertical de pozo profundo Oxidación por vía húmeda

EVACUACIÓN FINAL

Vertederos Aplicación al suelo Incineración Lagunaje

Zonas específicas que cumple con las normas. Uso agrícola, forestal, terrenos marginales, relleno para viviendas, acondicionamentos de suelos, etc.

Precisa de deshidratación previa. Aplicable cuando se encuentra en zonas remotas.

DIAGRAMA DE LOS PROCESOS DE TRATAMIENTO DE FANGO

Dilacerac. Mezclado

Almacenam. Desarenad.

Tambor R.

Oxid. Cloro

Gravedad

Con cal

Flotación

.

Centrifugac Grav..Banda

A. Químico

Trat.Ternuco

Elutriación

Dig.Anaerob.

Trat.Ternuco

Pasteurizción

Almac-Plazo

Dig.Aerobia Compostaje

ESTABILIZACIÓN

PRETRATAMIENTO

ESPESAMIENTO

DESINFECCIÓN ACONDICIONAMIENTO

DIAGRAMA DE LOS PROCESOS DE TRATAMIENTO DE FANGO Inc.h.P.Multiples

Inc.Lec.Fluidif.

Filtro Vacío

Evap.Efec.Mult.

Filtro Prensa

Sec.Instantan..

Combustión

F.Banda Horiz.

Sec.Pulveriz..

Coincineración

Centrifuga

Horno Rotat.

Reactor vert.

Recup.Terreno

Oxid.Vía Hum.

Reutilizacion

Eras Secado

H. Pisos Multip.

Vertedero

Aplic.Suelo

Lagunaje

DESHIDRATACION DESHIDRATACION

SECADO

REDUCCION TERMICA

EVACUACION FINAL

CONCLUSION El conjunto de operaciones y procesos unitarios a escoger, dependerá de varios factores, siendo los principales los siguientes : 1. 2. 3. 4.

Composición del fango Destino final del fango Normas a cumplir Disponibilidad financiera

PROCEDENCIA,

CANTIDADES Y CARACTERISTICAS DEL FANGO

INTRODUCCIÒN El fango producido en las operaciones y procesos de tratamiento de las AR suele ser un líquido o un líquido semisòlido con un contenido de sòlidos, variable entre 0.25% y 12% en peso. De los constituyentes eliminados en el tratamiento de AR, el fango es el de mayor volumen. Los problemas derivados del manejo de los fangos son complejos debido a : A.- El fango está formado, principalmente por las sustancias responsables del caràcter desagradable de las AR no tratadas. B.- La fracciòn de fango a evacuar, generalmente en el tratamiento biològico está compuesta principalmente por MO, sujeta a procesos de descomposiciòn. C.- Sòlo una pequeña parte del fango está compuesta por materia sòlida.

PROCEDENCIA, CANTIDAD Y CARACTERISTICAS

Para proyectar convenientemente las instalaciones para el tratamiento y evacuación del fango, es necesario conocer la procedencia, cantidad y características de los sólidos y del fango a tratar.

PROCEDENCIA

La procedencia de los sòlidos y fangos producidos en las plantas de tratamiento varìa en funciòn del tipo de planta y del modo de explotaciòn, las principales fuentes son:

Fuente de sólidos y de fangos en el tratamiento de aguas residuales Unidad

Tipo de sólido o de fango

Observaciones

Criba

Sólido grueso

Los sólidos removidos manual o mecánicamente.

Desarenadores

Arena y espuma

Se omite la remoción de espuma en desarenadores

Preaireaciòn

Arena y espuma

Se omite la remoción de espuma en Preaireaciòn.

Sedimentación

Fango y espuma primarios

La cantidad depende del tipo de AR afluente

primaria Trat. Biológico

Sólidos suspendidos

Sedimentación

Fango y espuma secundaria

SS son el resultado de la síntesis biológica de la MO. Remoción de espuma es exigido.

Secundaria. Trat. de fangos

Lodo, compost, cenizas

El lodo obtenido depende de su origen y del proceso utilizado en su tratamiento

Caracteristicas: Las características varían en función del origen de los sólidos y del fango, de la edad del fango, y del tipo de procesos a que se han sometido.

Fuente de sólidos y de fangos en el tratamiento de aguas residuales

Sólidos o fango

Descripción

Residuos del desbaste

Las basuras incluyen todo tipo de MO y MI de tamaño suficientemente grande para ser eliminado por rejas.

Arena

Sólidos inorgánicos que sedimentan, pueden contener cantidades significativas de MO, especialmente aceites y grasas.

Espumas / grasa

Material flotante puede incluir: grasas, aceites, jabones, residuos alimenticios, materiales plásticos, el peso especifico es alrededor de 0.95

.

Sólidos o fango

Descripción

Fango primario

El fango de los tanques de decantación primaria es generalmente gris y grasiento y en la mayoría de los casos produce un olor extremadamente molesto.

Fangos de Prec.química.

Es generalmente de color oscuro, aunque la superficie puede ser roja si contiene mucho hierro, el fango con cal es gris marrón, el olor puede ser molestoso.

Fango activado

De apariencia floculenta y color marrón, si el color es muy oscuro puede estar próximo a volverse séptico, si el color es más claro de lo normal puede estar poco aireado

Fango de filtros percoladores

Humus de color parduzco, flocúlenlo y relativamente inodoro cuando está fresco, se digiere fácilmente.

Fango digerido (aerobio)

Color marrón a marrón oscuro y apariencia floculenta, olor no es molestoso, se deshidrata fácilmente en eras de secado.

Fango digerido (anaerobio)

De color marrón oscuro-negro y contiene cantidades excepcionalmente grandes de gas, cuando está totalmente digerido, no es molestoso siendo su olor relativamente débil.

Fango compostado

De color marrón oscuro o negro, si está bien compostado su olor no es molestoso.

Liq. de fosas sépticas

El fango de las fosas sépticas es negro, de olor molestoso a causa del sulfuro de hidrógeno y otros gases que desprende.

Composición general Muchos de los constituyentes químicos, incluidos los nutrientes son de de gran importancia a la hora de considerar la evacuación final del fango tratado y del

líquido extraído del fango durante su tratamiento.

En el caso de aplicación al terreno o incineración, es necesario determinar el contenido de metales pesados, pesticidas e hidrocarburos. El contenido energético (térmico) del fango es importante en aquellos caso en los que se considere el uso de procesos de reducción térmica tales como la incineración.

Composiciòn quìmica tipica del fango crudo y digerido Fango primario crudo Características

Intervalo

Valor típico

Fango primario digerido Intervalo

Valor típico

Fango activado

ST seco %

2–8

5

6 – 12

10

0.83 – 1.16

SV(%ST)

60 – 80

65

30 – 60

40

59 – 88

Solubles en eter

6 – 30

-

5 – 20

18

-

Proteinas (%ST)

20 – 30

25

15 – 20

18

32 – 41

(N % ST) Fòsforo(P2O5 % ST)

1.5 – 4 0.8 – 2.8

2.5 1.6

1.6 – 6.0 1.5 – 4.0

3.0 2.5

2.4 – 5.0 2.8 – 11.0

Potasio (K2O %ST)

0–1

0.4

0.0 – 3.0

1.0

0.5 – 0.7

Celulosa (%ST)

8.0 – 15.0

10

8.0 – 15.0

10

-

Hierro

2.0 – 4.0

2.5

3.0 – 8.0

4.0

-

(SiO2 % ST)

15 – 20

-

10 – 20

-

pH

5.0 – 8.0

6.0

6.5 – 7.5

7.0

Alcalinidad (mg/l)

500 – 1500 600

Grasa y aceite (%ST)

Ac. Orgànicos (mg/l) 200-2000

500

Poder calorìfico MJx104 /Kg(2.3-2.9)

2.5

6.5 – 8.0.

2500-3500 3000

580 - 1100

100- 600

200

1100 - 1700

1.1

1.8 – 2.3

0.9 – 1.3

Constituyentes específicos Las características del fango que afectan a su actitud para la aplicación para el terreno y usos beneficiosos incluye:    



El contenido en materia orgánica (SV). Nutrientes. Patógenos. Metales. Compuestos orgánicos tóxicos. El valor del fango como fertilizante se basa principalmente en su contenido de N, P, K. Las concentraciones de metales pesados puede limitar la tasa de aplicación del fango al terreno y la vida útil del terreno.

Comparación entre los niveles de nutrientes de los fertilizantes comerciales y el fango de agua residual. Nutrientes % Nitrógeno Fósforo

Potasio

Fertilizantes para usos agrícolas típicos. *

5

10

10

Valores típicos para fangos de agua residual estabilizados

3.3

2.3

0.3

* Las concentraciones de nutrientes pueden variar ampliamente en función de la demanda del terreno y de los cultivos.

Contenido típico de metales en el fango de AR Fango seco

(mg/Kg)

Metal

Intervalo

Mediana

Arsénico

1.1 - 230

10

Cadmio

1 – 3410

10

Cromo

10 – 99000

500

Cobalto

1.3 – 2490

30

Cobre

84 – 17000

800

Hierro

1000 – 154000

17000

Plomo

13 – 26000

500

Manganeso

32 – 9870

260

Mercurio

0.6 – 56

6

Molibdeno

0.1 – 214

4

Nìquel

2 – 5300

80

Selenio

1.7 – 17.2

5

Estaño

2.6 – 329

14

Cinc

101 - 49000

1700

Datos típicos sobre las características físicas y las cantidades de fango producido en diversos procesos de tratamiento de AR Sólidos secos Proceso de tratamiento

Peso especifico de los sólidos del fango

Peso especifico del fango

Kg/103 m3

Intervalo

Valor típico

Decantación primaria

1.4

1.02

110 – 170

150

Fango activado (en exceso)

1.25

1.005

70 – 95

83

Filtros percoladores (en exceso)

1.45

1.025

60 – 95

70

Aireación prolongada (en exceso)

1.30

1.015

83 – 120

95 a

Laguna aireada (en exceso)

1.30

1.001

83 – 120

95 a

Filtración

1.20

1.005

12 – 25

18

Eliminación de algas

1.20

1.005

12 - 25

18

Datos típicos sobre las características físicas y las cantidades de fango producido en diversos procesos de tratamiento de AR Sólidos secos Proceso de tratamiento

Peso especifico de los sólidos del fango

Peso especifico del fango

Kg/103 m3

Intervalo

Valor típico

Adición de productos químicos a los clarificadores primarios para la eliminación de fósforo

Dosis baja de cal (350 – 500 mg/l)

1.9

1.04

240 – 415

300 b

Dosis alta de cal (800 – 1600 mg/l)

2.2

1.05

600 – 1300

800 b

Nitrificación con cultivo en suspensión

-

-

-

-c

Desnitrificación con cultivo en suspensión

1.2

1.005

12 – 30

18

Filtros de desbaste

1.28

1.02

-

-

d

a Se supone que no existe tratamiento primario b Fango añadido al normalmente eliminado por decantación primaria c Despreciables d Incluido en la producción de fango de los procesos biológicos de tratamiento secundario

Características de los lodos Proceso

% humedad del lodo

Intervalo

Típico

Sedimentación primaria

88 – 96

95

Filtro percolador

91 – 95

93

-

93

Lodos activados

90 – 93

92

Tanques sépticos

-

93

Tanques Imhoff

90 – 95

90

Aireación prolongada

88 – 92

90

Lodo primario digerido anaerobiamente

90 – 95

93

Laguna aireada

88 – 92

90

Lodo primario digerido aeróbicamente

93 - 97

96

Precipitación química

Relaciones peso - volumen 

El volumen del fango depende , principalmente de su contenido de agua y, sólo en una pequeña parte, de las características de la materia sólida.

LODOS ACTIVADOS OPERACIONES DE PRETRATAMIENTO

OPERACIONES DE PRETRATAMIENTO Para que un fango pueda ser alimentado a las instalaciones de tratamiento en forma constante y homogénea, es necesa- rio dilacerar, desarenar, mezclar y almacenar el fango. La mezcla y el almacenamiento pueden ser llevadas a cabo en una unidad única deseñada para cumplir ambas funcio- nes , o de forma separada en otros elementos de la planta de tratamiento. A continuación describiré cada una de estas operaciones:

OPERACIONES DE PRETRATAMIENTO •DILACERACION DEL FANGO: La dilaceración del fango es un proceso en el que los sólidos de gran tamaño contenidos en el fango son cortados o desmenuzados en partículas más pequeñas para evitar obturaciones y la formación de madejas en los equipos rotatorios Históricamente los dilaceradores han necesitado de mucho mantenimiento, pero los diseños modernos de baja velocidad han resultado ser mas flexibles y ofrecer mayor durabilidad, habien do mejoras en los diseños de los sellados y los cojinetes, cuchillas de aceros endurecidos sensores de sobrecarga, y mecanismos que invierten el sentido de rotación de las cuchillas para eliminar obstrucciones o en caso de no ser posible elimi- nar las obstruciones, desconectar la unidad.

OPERACIONES DE PRETRATAMIENTO PROCESOS QUE REQUIEREN LA DILACERACIÓN DEL FANGO Proceso

Objeto de la dilaceración

•Bombeo con bombas de cavidad progresiva

Para prevenir la obturación de las bombas y y reducir el desgaste

•Centrífuags de camisa maciza

Para prevenir la obturación de las bombas bas. Normalmente las unidades de camisa maciza de grandes dimensiones pueden tratar partículas mas grandes y no necesitar la dilacera ción de los sólidos.

•Filtros Prensa

Para evitar la obturación del sistema de distribución del fango, evitar que se produzcan enredos en los rodillos, y para conseguir una deshidratación mas uniforme.

•Tratamiento térmico

Para prevenir la obturación de las bombasde alta velocidad y los intercambiadores de calor

•Oxidación con Cloro

Para mejorar el contacto del cloro con las par tículas de fango.

OPERACIONES DE PRETRATAMIENTO

EL DESARENADO DEL FANGO

OPERACIONES DE PRETRATAMIENTO •DESARENADO DEL FANGO: En algunas plantas de tratamiento donde no se disponde de desarenadores antes de los decantadores primarios , o en las que las instalaciones de desarenado no son adecua das para el manejo de los caudales punta y las cargas punta de are na, puede ser necesario desarenar el fango antes de proceder a su tratamiento. En los casos en los que se va a proceder al espesamiento del fango primario , es de buena práctica tener en cuenta la posiblidad del desarenado del mismo. El método más efectivo de elimi- nar arenas del fango consiste en la aplicación de fuerzas centrífugas a una masa en movimiento para separar la arena del fango. Esto se consigue mediante el uso de des arenadores de ciclón, que son equipos que ele mentos móviles.

OPERACIONES DE PRETRATAMIENTO •DESARENADO DEL FANGO: El fango es aplicado tangencialmente a una zona de alimentación cilíndrica, lo cual induce una fuerza centrífuga. Las partículas de arena más pesadas se desplazan hacia la parte exterior del cilindro y se descargan a través de una sección cónica. El fango orgánico se extrae de la unidad a través de una salida diferente. La eficiencia del desarenador de ciclón depende de la presión y de la concentración de materia orgánica del fango. Para conseguir un desarenado efectivo, el fango debe ser relativamente diluido. Cuanto mayor sea la concentración del fango, menor es el tamaño de las partículas susceptibles de ser eliminadas.

OPERACIONES DE PRETRATAMIENTO

En la siguiente tabla se muestra la relación entre la concentración del fango primario y la eficiencia de eliminación de partículas. Para aumeantar la concentración del fango, en los casos en los que se emplean desarenadores de ciclón, el fango desarenado se suele descargar a un espesador.

OPERACIONES DE PRETRATAMIENTO Eficacia de eliminación de arenas en los hidrociclones para fangos primarios Concentración del fango, % de sólidos totales 1 2 3 4

Tamaño de la malla 150 100 65 28-35

Este cuadro rartifica el hecho de que cuanto mayor sea la concentración del fango, menor es el tamaño de las partículas susceptibles de ser eliminadas.

OPERACIONES DE PRETRATAMIENTO

Mezclado del fango

OPERACIONES DE PRETRATAMIENTO El fango se genera en los procesos de tratamiento primario, sec undario y avanzado. El fango primario está formado por sólidos sedimentables exixtentes en el agua residual bruta. El fango sec undario está formado por sólidos biológicos y cantidades adicio nales de sólidos sedimentables. El fango generado en los proce sos de tratamiento avanzado puede estar formado por sólidos biológicos y sólidos de origen de origen químico. El fango se mezcla para conseguir aue la alimentación a los subsiguientes procesos operacionales de tratamiento sea un material uniforme sobre todo en los procesos de poco tiempo de retención como la deshidratación del fango, el tratamiaento térmico,etc. El buen mezclado ayuda al buen funcionamiento y rendimiento de las plantas de tratamiento.

OPERACIONES DE PRETRATAMIENTO El mezclado de los fangos primarios, secundarios y de los fangos generados en procesos de tratamiento avanzado, puede hacerse de distintas formas, mostradas a continuación: •En tanques de decantación primaria: Los fangos secundarios y terciarios se recirculan a los decantadores primarios para su mezcla y sedimentación. •En tuberías: Para asegurar un mezclado adecuado, teniendo el control en los puntos de generación y de la velodidad del fango para evitar grandes variaciones en la consistencia del mismo. •En instalaciones tratamiento de fangos que que procuran largos tiempos de detención: p. ej. Digestores anaerobios y aerobios de mezcla completa. •En un tanque de mezcla independiente: Este proporciona el mejor método de control de la calidad de los fangos mezclados.

OPERACIONES DE PRETRATAMIENTO En plantas con capacidad inferior a 3800m³/d, el mezclado se suele realizar en decantadores primarios. La cantidad de lodo producido es variable y depende del proceso de tratamiento y de la concentración de las aguas residuales. En las instalaciones grandes la eficacia óptima se consigue espesando los fangoa en unidades independientes antes de proceder al mezclado, y para asegurar una mezcla adecuada los tanques de mezcla suelen estar equipados con mezcladores mecánicos y deflectores.

OPERACIONES DE PRETRATAMIENTO

Almacenamiento del fango

OPERACIONES DE PRETRATAMIENTO El almacenamiento del fango se considera otra operación de pre tratamiento la cual debe realizarse para laminar las fluctuaciones de la producción de fangos y permitir la acumulación de los mismos durante los períodos en los que las instalaciones de tratamiento subsiguientes se hallan fuera de servicio, y es particularmente en el caso de los procesos de estabilización con cal, tratamiento térmico, deshidratación mecánica, secado, y reducción térmica, para los cuales es importante asegurar que la alim entación se lleve a cabo a caudal constante. El almacenamiento a corto plazo se puede realizar en los decantadores o en los espe sadores. El almacenamiento a largo plazo se puede realizar en los procesos de estabilización con largos tiem pos de detención o en tanques independientes especialmente diseñados.

OPERACIONES DE PRETRATAMIENTO Estos tanques se pueden diseñar de modo que se consigan tiempos de residencia entre varias horas o varios días, aunque el almacenamiento del lodo por períodos de dos o tres días provoca su deterioro y aumenta la dificultad del proceso de deshidratación. En la pághina 903 del libro de Metcalf & Eddy se ilustra un ejemplo de cálculo del volumen necesario para el almacenami ento del fango. Tambien se puede hallar información referente al cálculo del volumen de almacenamiento para casos específicos en internet a traves del buscador “Googles”.-

ESPESAMIENTO

INTRODUCCION Uno de los principales problemas en el tratamiento de aguas y de aguas residuales es el relacionado con el tratamiento y disposición de lodos.

Con los procesos de depuración de aguas residuales, las aguas se han visto desprovistas de los sólidos en suspensión en dos etapas del proceso. En el tratamiento primario se produce por fenómenos meramente físicos una separación de parte de los sólidos debido a su densidad, en el tratamiento secundario parte de la materia orgánica ha sido metabolizada y transformada en materia viva, pero por acción de la floculación, se separan los floculos de materia orgánica, materia viva y materia inorgánica de los decantadores secundarios. Realmente la contaminación de las aguas queda contenida en os fangos extraidos de los decantadores primarios y secundarios, por lo que es fundamental pensar en un tratamiento de lodos, pudiéndose determinar que en las plantas de tratamiento de aguas residuales el costo de tratamiento y disposición de lodos puede representar hasta un 50% del valor del tratamiento total.

TIPOS DE LODOS Los lodos que se producen en los procesos de tratamiento de aguas son principalmente los siguientes: Lodo primario aguasresiduales.

proveniente

de la sedimentación

de

• Lodo secundario proveniente del tratamiento biológico de aguas residuales. • Lodos digeridos provenientes de las dos anteriores, separados o mezclados. • Lodos provenientes de la coagulación y sedimentación de aguas y aguas residuales. • Lodos provenientes de plantas de ablandamiento. • Lodos provenientes de desarenadores y rejillas

CARACTERISTICAS DE LOS LODOS Todos los lodos crudos tienen un contenido bajo de sólidos de 1- 6%: por ello, la disposición de su pequeño contenido de sólidos requiere el manejo de un gran volumen de lodo. El problema principal en el tratamiento de lodos radica, por tanto, en concentran los sólidos mediante la máxima remoción posible de agua y en reducir su contenido orgánico. En la tabla #1 se dan valores típicos de las cantidades y características de los lodos producidos por diferentes procesos de tratamiento para aguas residuales:

ESQUEMA CLÁSICO DEL TRATAMIENTO DE LODOS E SP E SA M IE N T O

D IG E S T I Ó N A ER O BIA

D IG E S T I Ó N A N A E R O B IA

A C O N D I C IO N A M I E N T O Q U IM IC O

D E S H I D R A T A C IÓ N

ER A S D E SEC A D O

FIL T R O S D E V A C ÍO

C EN TR IFU G A

E V A C U A C IÓ N D IS P O S I C IÓ N FIN A L

FIL TR O S PR EN SA

FIL TR O S BANDA

ESPESAMIENTO El espesamiento es generalmente, la primera etapa del tratamiento de lodos y es un procedimiento físico que se emplea para aumentar el contenido de sólidos del lodo por eliminación de parte de la fracción liquido del mismo.

OBJETIVO DEL ESPESAMIENTO El Objetivo de los espesadores es separar las dos fases (sólido y agua) de forma efectiva, aumentando las concentraciones de sólidos, de manera que los volúmenes sean menores, la manipulación y disposición final sea más fácil

VENTAJAS DEL ESPESAMIENTO Las principales ventajas son las siguientes: • La reducción de volumen por espesamiento beneficia a los procesos siguientes como la digestión Aerobia o Anaerobia, la deshidratación, el secado y la combustión.Reduce el volumen de lodo por lo tanto los equipos necesarios para el tratamiento • Reduce la cantidad de reactivos necesarios para el acondicionamiento de lodos. • Reduce la cantidad de calor requerido por los digestores.Cuando el fango debe ser transportando a otro lugar, el espesamiento reduce el costo de bombeo y las dimensiones de las tuberias.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA SELECCIÓN DE UN SISTEMA ESPECIFICO DE TRATAMIENTO POR ESPESAMIENTO El tipo de unidades de espesamiento de lodos a utilizar esta directamente relacionada con las características de los fangos a tratar. Los factores físico, químicos y biológicos del lodo influyen de manera determinante en la aplicación de uno u otro sistema de espesamiento, así como en las condiciones de operación de los mismos.

LOS PRINCIPALES FACTORES SON:  Tamaño y forma de las partículas sólidas  Viscosidad y Temperatura  Septicidad y oxigeno disuelto  Carga electrica natural o potencial Z  Tendencia de biofloculación  Agua ocluida

SISTEMAS DE ESPESAMIENTO MAS UTILIZADOS Los sistemas de espesamiento más utilizados son: Espesamiento por gravedad Espesamiento por flotación mediante aire disuelto Espesamiento por centrifugación continua Espesamiento mediante un tambor rotativo

ESPESAMIENTO POR GRAVEDAD El espesado por gravedad se lleva a cabo en un tanque de diseño similar al de un tanque de sedimentación convencional. Normalmente se emplean tanques circulares. El lodo diluido se conduce a una cámara de alimentación central. El lodo alimentado sedimenta y compacta y el fango espesado se extrae por la parte inferior del tanque. Los mecanismos de recogida de lodos convencionales consisten en dispositivos dotados dos de rascadores profundo o piquetes verticales que remueven el lodo lentamente, promoviendo la apertura de canales para proporcionar salida al agua y favoreciendo la compactación. El sobrenadante que se origina retorna al decontador primario. El lodo espesado que se recoge en el fondo del tanque se bombea a los digestores o equipos de deshidratación en función de las necesidades, por lo que se requiere de un tanque de almacenamiento. Normalmente el espesado por gravedad resulta mas efectivo en el tratamiento de fango primario.

DIAGRAMA DEL ESPESADOR Lámina

FACTORES QUE DETERMINAN EL FUNCIONAMIENTO DE UNA UNIDAD DE ESPESAMIENTO POR GRAVEDAD Origen y características de los fangos Naturaleza d e la floculación Carga de sólidos sobre el espesador Tiempo de retención de sólidos en la zona de espesamiento Profundidad del manto de lodos Tiempo de retención hidráulico Forma y pendiente del espesador Inducción de velocidades originada por la purga. Caudal de purga Sistema de alimentación.

PRINCIPALES PARAMETROS DE DISEÑO PARA ESPESADORES POR GRAVEDAD Concentraciones típicas de fangos sin espesar y espesados y cargas de sólidos para espesadores por gravedad. TIPO DE FANGO Por Separado: Fango primario Fango lecho bacteriano Fangos activos Fangos con oxigeno puro Conjuntamente: Fango primario y lecho bacteriano Fango primario y fango aireación prolongada Fango primario y fangos activos

SIN ESPESAR

ESPESADO

CARGA DE SOLIDOS Kg/m2.día

2.5 - 5.5 4-7 0.5 - 1.2 0.8 - 3.0

8 - 10 7-9 2.5 - 3.3 2.5 - 9

100 - 150 40 - 50 20 - 40 25 -50

3-6 3 -4 2.6 - 4.8

7-9 8.3 - 11.6 4.6 - 9.0

60 -100 60 - 100 40 - 80

CONCENTRACIÓN DEL FANGO%

Parámetros de diseños generales TIPO DE FANGOS

PARAMETROS

CARGA DE SÓLIDOS (kg/m3.día) VELOCIDAD ASCENSIONAL (m/hora) TRH DE FANGO (horas)

FANGOS FANGOS ACTIVOS PRIMARIOS (Baja y media carga)

FANGOS FANGOS ESTABILIZADOS MIXTOS Ó (1° Y 2°) DIGESTIÓN AEROBIA

< 130

< 35

< 70

< 35

24

> 24

>24

> 24

DATOS PARA EL DISEÑO Se desea diseñar un espesador de lodos para tratar un caudal total de 8000 m3 /d, con una concentración de sólidos en suspensión de 3533 mg/l. La concentración de los lodos que se extraen debe tener una concentración de 11765 mg/l.

CALCULO DEL CUADAL DE SALIDA DE LODOS

Qo Xo

QeXe

QuXu

BALANCE TOTAL DE SOLIDOS

Qo = Qe

+ Qu

BALANCE DE SOLIDOS EN SUSPENSION QoXo= QeXe + Qu Xu Q e = Q o ( X u – X o) Xu - Xe Q e = ( 8000 m 3/ d) ( 11765 - 3533) 11765 - 0

ASUMIMOS X e = 0

Q e = 5600 m 3 / d Qu= Qo–Qe Q u = 8000 - 5600

Q u = 2400 m 3/ d

ESTABILIZACION DE FANGOS

OBJETIVO ESTABILIZACION 

REDUCIR LA PRESENCIA DE PATOGENOS  ELIMINAR LOS OLORES DESAGRADABLES  INHIBIR,REDUCIR O ELIMINAR SU POTENCIAL DE PUTREFACCION.

ESTABILIZACION 

EL ÉXITO EN LA CONSECUCION DE ESTOS OBJETIVOS ESTA RELACIONADO CON LOS EFECTOS DEL PROCESO U OPERACIÓN DE ESTABILIZACION SOBRE LA FRACCION ORGANICA O VOLATIL DEL FANGO

ESTABILIZACION 

LA SUPERVIVENCIA DE LOS ORGANISMOS PATOGENOS, LA PROLIFERACION DE OLORES Y LA PUTREFACCION SE PRODUCEN CUANDO SE PERMITE QUE LOS MICROORGANISMOS SE DESARROLLEN SOBRE LA FRACCION ORGANICA DEL FANGO

PROCESOS ESTABILIZACION 

QUIMICOS:  ESTABILIZACION CON CAL  ESTABILIZACION CON CLORO

PROCESOS ESTABILIZACION 

FISICOS:  SECADO TERMICO  INCINERACION  PASTEURIZACION

PROCESOS ESTABILIZACION 

BIOLOGICOS:  DIGESTION ANAEROBIA  DIGESTION AEROBIA  COMPOSTAJE

ESTABILIZACION CON CAL 

FUNDAMENTO:  ES LA CREACION DE UNAS CONDICIONES FISICO QUIMICOS CAPACES DE INHIBIR EL PROCESO DE DEGRADACION BIOLOGICO DE LA M. O. QUE ESTE CONTIENE , EVITANDO LA PRODUCCION DE MALOS OLORES. NO CONSIGUE REDUCIR EL VOLUMEN NI SU CONTENIDO EN M.O. UNICAMENTE AFECTA A LOS MICROORGANISMOS.

PARAMETROS DE DISEÑO 

EL pH  EL TIEMPO DE CONTACTO  LA DOSIFICACION DE CAL

ESTABILIZACION CON CAL 

SE AÑADE SUFICIENTE CAL AL FANGO PARA ELEVAR SU pH POR ENCIMA DE 12. EL CUAL CREA UN ENTORNO QUE NO FAVORECE LA SUPERVIVENCIA DE DE LOS MICROORGANISMOS.

ESTABILIZACION CON CAL 

CONSECUENCIA:



MIENTRAS SE MANTENGA EL pH EL FANGO NO SE PUDRIRA, NO CREARA OLORES Y NO PROVOCARA RIESGOS PARA LA SALUD PUBLICA

METODOS 

ADICION DE CAL AL FANGO ANTES DEL PROCESO DE DESHIDRATACION.  ADICION DE CAL AL FANGO DESPUES DEL PROCESO DE DESHIDRATACION.

CAL UTILIZADA 

CAL HIDRATADA  CAL VIVA  EN ALGUNOS CASOS SE HA SUSTITUIDO A LA CAL POR :  POLVOS DE HORNO DE CEMENTO  CARBURO CALCICO

PRETRATAMIENTO CON CAL 

EL PRETAMIENTO DE FANGO LIQUIDO CON CAL PRECISA MAYOR CANTIDAD DE CAL POR PESO UNITARIO DE FANGO TRATADO, QUE LA REQUERIDA PARA LA DESHIDRATACION. ESTA MAYOR CANTIDAD ES NECESARIA PARA CONSEGUIR EL pH POR ENCIMA DE 12 DURANTE DOS HORAS.

DOSIS DE CAL 

LA DOSIS DE CAL NECESARIA VARIA EN FUNCION DEL TIPO DE FANGO Y DE LA CONCENTRACION DE SOLIDOS.  PARA DETERMINACION DE DOSIS NECESARIAS SE DEBEN LLEVAR A CABO ENSAYOS

DOSIS DE CAL TIPO DE FANGO

CONCENTRACIÓN DE SOLIDOS , %

DOSIS DE CAL, Kg Ca(OH)2/ TON de SS.

PRIMARIO

3-6

60-170

EXCESO F. A.

1 - 1.5

210-430

MEZ. DIGERIDA V.A.

6-7

140-250

LIQ. FOSA SÉPTICA

1-4.5

90 -510

DESHIDRATACION DE FANGOS

Objetivo La deshidratación persigue quitar agua al producto final, consiguiendo un grado de sequedad el mismo que los hace paleable y transportable hacia otros destinos. El fango estabilizado y deshidratado (biosólido) puede tener un uso agrícola, es además la base para luego hacer otros derivados muy interesantes en agricultura, recuperación de suelos y jardinería como el compost.

QUE ES DESHIDRATACION Es una operación unitaria física (mecánica) utilizada para reducir el contenido de humedad del fango por alguna o varias de las siguientes razones:

ALGUNAS RAZONES PARA DESHIDRATAR UN FANGO: 1.- Los costos de transporte del fango por camión es menor cuando se reduce el volumen por deshidratación. 2.- El fango deshidratado es, generalmente, más fácil de manipular que el fango líquido o espesado. (palas y cintas transportadoras). 3.- Suele ser necesaria antes de la incineración del fango para aumentar su poder calorífico por eliminación

4. Elimina el exceso de humedad para evitar la generación de malos olores y evitando la putrefacción. 5. Antes de su evacuación a vertederos controlados reduce la producción de lixiviados.

TIPOS DE DESHIDRATACION Natural Eras de secado

Mecánica Filtros banda Filtro prensa Filtro de vacío Centrífugas

NATURAL •ERAS DE

SECADO

El método consiste en incorporar sobre una balsa de arena, con fondo drenado, los lodos deben estar bien estabilizados. De esta forma se efectúa una primera pérdida de agua por drenaje, a la vez que los lodos van decantando. Simultáneamente se pierde agua por evaporación

Ventajas  En el caso de disponer de espacio suficiente, es el método de menor coste inicial  El seguimiento y preparación de los operadores necesarios no es elevado.  Bajo consumo de energía  Bajo o nulo consumo de productos químicos  Menos sensible a la variabilidad de las características del fango  Mayor contenido de sólidos que los métodos mecánicos

Desventajas

 Precisa grandes superficies de terreno  Precisa fangos estabilizados  El diseño debe tener en cuenta las condiciones climáticas  La retirada del fango demanda mucha mano de obra.

Tipos de eras



Convencionales de arena



Pavimentadas

 

De medio artificial Por vacío

Era de secado convencional de arena

Se suelen utilizar en comunidades de pequeñas dimensiones y poblaciones de tamaño medio, aunque se han dado casos en los que se han empleado en instalaciones grandes. Es aconsejable para poblaciones inferiores a 20.000 habitantes .

Características de diseño Espesor de fango

200 a 300 mm

Espesor de lecho de arena

200 a 300 mm

Velocidad (tuberías de conducción) Carga de sólidos Parámetro de población

> 0,75 m/s

50 a 120 kg SS/m2 año 8 hab/m2

Pendiente mínima de drenes Tamaño de partícula arena

Sequedad de torta de fango

>1% 0,3 a 0.75 mm

20 a 40%

Dimensiones recomendadas 10 m de ancho por 30 m de longitud.

Tiempo de residencia

10 a 15 días

MECANICOS FILTRO BANDA Consisten en una banda continua de tela filtrante que pasa a través de unos rodillos giratorios, el fango acondicionado con un polielectrolito se vierte de forma continua sobre la banda, y posteriormente al pasar entre los rodillos es comprimida y una placa rascadora va separando el fango deshidratado de la banda. En estos filtros se consiguen concentraciones del orden del 20% en mataría seca

Acondicionamiento

Salida lodos Esquema de un filtro banda

Filtro banda comercial

FILTRO PRENSA

En esencia estos constan de una serie de placas de fundición o de algún material moldeado, con caras acanaladas sobre las que se intercalan unas telas filtrantes, el fango previamente acondicionado generalmente con cal, se introduce en las cámaras que forman cada dos placas contiguas y se somete el conjunto a una elevada presión, del orden de 300 Kg/cm2, por medio de un dispositivo hidráulico. El funcionamiento es discontinuo, y muy laborioso, obteniéndose un fango bastante seco, próximo al 30% en materia seca.

Filtro de vacío

Un filtro de vacío consta de un tambor cilíndrico que gira sobre su eje. Sobre el tambor se coloca un tejido poroso que permite el paso del agua. El cilindro se sumerge parcialmente en un depósito que contiene el fango a deshidratar, a medida que gira el cilindro se recubre de fango, a continuación se hace el vacío mediante unas bombas exteriores y el agua fluye hacia el centro del cilindro de donde se retira . El fango deshidratado se recoge finalmente en unas cintas transportadoras.

Un gran inconveniente de este equipo es su gran consumo energético que oscila entre los 60 y 150 kW/ton de SS. La sequedad obtenida con un filtro de vacío oscila entre el 20 y el 25%.

Centrífugas La entrada del fango al rotor de la centrifuga tiene lugar por un tubo central. El tornillo helicoidal arrastra el fango retirado de las paredes internas del rotor hacia el exterior por un extremo, mientras que el agua clarificada sale por el extremo opuesto. El fango deshidratado alcanza habitualmente una sequedad que oscila entre el 20 y el 25%. Actualmente se llega a valores de 30 – 35% e incluso del 40% aunque a costa de una gran dosis de polielectrolitos.

TRANSPORTE,ALMACENAMIENTO Y VERTIDOS DE FANGOS

OBJETIVO Reducir los fangos a un volumen manejable (por medios biológicos y térmicos) como paso previo a la transportación y evacuación final. Los métodos de transporte y evacuación final determinan a menudo, el tipo de estabilización necesaria y la reducción de volumen a conseguir.

OBJETIVOS PARA LA SELECCIÓN Y COSTO DEL MÉTODO DE TRANSPORTE 

Naturaleza, consistencia y cantidad de fango a tratar.  Distancia entre origen y destino.  La disponibilidad y cercanía de los medios de transporte desde los puntos de origen y destino.  El grado de flexibilidad que hay que exigir del método de transporte seleccionada.

MÉTODOS DE TRANSPORTE Los métodos de transporte son los siguientes:  Tuberías  Camiones  Barcazas  Ferrocarriles

TUBERIAS 

Necesidades energéticas para el transporte de fangos crudos con un contenido de 6% es prohibido.  En el bombeo del fango la grasa tiende a cumularse en las tuberías, no revestidas y producen problemas de corrosión.  En caudales bajos, la arena tiende a acumularse

CAMIONES Un método más flexible empleado para el transporte para fangos. Este método permite el transporte de líquidos como deshidratados. Camiones cisternas con capacidades de 2000 y 24000 l. Para plantas pequeñas de fangos deshidratado suele ser una opción más económica.

BARCAZAS 

Barcazas de doble casco para evitar derrames.  Barcazas pueden ser autopropulsadas o de remolques que pueden descargar por gravedad o por bombeo. Sigue…….

BARCAZAS 

Suele ser económicos en instalaciones que tratan caudales superiores a 400 000 m3/día.



También suelen usar barcazas para transportara contenedores que contienen lodos deshidratados.

FERROCARRILES 

No es una práctica común en los Estados Unidos.  Se puede utilizar con fangos de cualquier consistencia.  Más económico con alto contenido sólidos.  Para pequeñas cantidades o distancias cercanas no es económicamente viable.  Se utiliza para transporte de fangos tratados a grandes instalaciones centralizados de tratamiento y almacenamiento de fangos.

COSIDERACIONES MEDIOAMBIENTALES Todo sistema de tratamiento comporta un cierta carga de contaminación atmosférica, ya sea directa o indirectamente. –Tubería –Barcaza –Ferrocarril –Camión (mayor carga contaminante)

ALMACENAMIENTO DE FANGOS 

Con frecuencia es necesario almacenar los fangos digeridos por vía anaerobia, antes de su evacuación o uso beneficioso. El almacenamiento de fangos líquidos se puede llevar a cabo en depósitos, mientras que el de fangos deshidratados se pueden realizar en playas de almacenamiento.

BALSAS DE ALMACENAMIENTO DE FANGOS 

El fango almacenado en lagunas aumenta su concentración.  Sufre un proceso de estabilización adicional debido a la contínua actividad de las bacterias anaerobias.  El almacenamiento a largo plazo es un medio eficiente para la destrucción de patógenos  La profundidad de lagunas de almacenamiento está entre 3 y 5 metros.

BALSAS DE ALMACENAMIENTO DE FANGOS…Continuación 

Carga de sólidos varían de 0.1 y 0.25 kg SSV/m2. D, si las lagunas no se someten a cargas elevadas ( < 0.1 kgSSV/ m2d). El crecimiento de algas y la reaireación atmosférica, permiten tener condiciones aerobias en niveles superficiales.  El número de lagunas a utilizar debe ser suficiente para permitir que cada una de ellas estén fuera de servicio durante 6 meses.

PLAYAS DE ALMACENAMIENTO DE FANGOS 

Cuando el fango es deshidratado se debe almacenar antes de la aplicación al terreno. La capacidad de almacenamiento necesaria se basa en el número de días consecutivos que pueden continuar el transporte sin la aplicación del fango al terreno.  Se debe adoptar medidas para el acceso y espacio para la maniobra de los camiones.

EVACUACION FINAL 

La evacuación final de fangos y los sólidos que no se emplean para usos beneficiosos suelen aplicarse, generalmente algún tipo de aplicación al suelo. La evacuación al mar llevada a cabo en las principales ciudades costeras en los EEUU está prohibida.  Evacuación por lagunaje y transporte a vertederos.

VERTEDEROS 

Si se dispone de un emplazamiento adecuado, la evacuación de fangos, grasas, arenas y otros sólidos se pueden realizar en un vertedero controlado.  De acuerdo a la normativa estatal es necesario estabilizar el fango antes de su aplicación.

VERTEDEROS 

Para controlar la generación de lixiviados en el vertedero es necesario deshidratar el fango.  Los sólidos se depositan en una zona determinada, se compactan in situ mediante un tractor o rodillos y se cubren con una capa de 30 cm de suelo limpio

LAGUNAJE 

Es una opción sencilla y económica, caso de la planta se halle en una zona remota.  Una laguna es un tanque excavado en el terreno que se descarga fango crudo o digerido.  Los sólidos estabilizados se sedimentan en el fondo de la laguna donde se acumulan.

Transporte para la aplicación al suelo o tratamiento posterior Camión Barcaza

Tubería

Tubería

Ferrocarril Instalación de tratamiento

Aplicación al suelo

Camión

Tubería

Transporte a vertedero Instalación de trataniento

Camión

Vertedero

CONCLUSIONES 

Las consideraciones medioambientales en cuanto al transporte, la que produce menos carga contaminante es por tuberías.  La evacuación final de los fangos y sólidos que no se emplean para usos beneficos suelen implicar generalmente, algún tipo de aplicación al suelo.