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2013 Tratamiento de fangos

Iñigo Ayerbe Caselles Laura González Moreno Alejandro de Miguel Villanueva Daniel Redondo Ramos

Alejandro de Miguel Villanueva 15/12/2013

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Índice de fangos

Introducción 1. Origen de los fangos 2. Características de los fangos 3. Redes de conducción a. Características de la tubería b. Perdidas de carga c. bombas Tratamiento de lodos 1. homogeneización 2. espesado a. Espesadores por gravedad b. Espesadores por flotación c. Espesamiento por centrifugación 3. Estabilización a. Digestión aerobia b. Digestión anaerobia c. Estabilización química i. Estabilización con cal 4. Acondicionamiento a. Acondicionamiento químico b. Acondicionamiento térmico 5. Deshidratación a. Eras de secado b. Filtro banda c. Filtro prensa d. Centrifugadora e. Secado térmico Transporte a vertedero Bibliografía y fuentes Web consultadas Opinión personal del grupo respecto al desarrollo del trabajo

Tratamiento de fangos Introducción 1. Orígenes de los fangos Entendiendo como fango, cualquier tipo de lodo glutinoso que se forma generalmente con los sedimentos térreos en los sitios donde hay agua detenida. El significado técnico de lodo o sedimento, en el que se concentran los sólidos sedimentados o decantados de un agua bruta o bien de un reactor biológico, en una estación depuradora de aguas residuales (EDAR), bien doméstica o industrial.

El origen de los fangos viene marcado, por el origen de las aguas residuales y los componentes que contengan dichas aguas, ya sean orgánicos e inorgánicos. Las aguas residuales pueden tener varios tipos de procedencias o fuentes emisoras entre las que destacamos, aguas domésticas y aguas industriales. En una planta convencional de tratamiento de aguas residuales se tiene un influente (materia base) y dos efluentes (productos). El influente es el agua residual a tratar y los efluentes sol el agua depurada y los lodos. Hablamos de utopía cuando nos referimos a la eliminación completa de agentes tóxicos, para solventar este problema se formó la EPA (Agencia de Protección Ambiental), dicha agencia redactó la normativa del uso y manejo de los lodos residuales de una planta de tratamiento, en la normativa el uso de los fangos se basa, en el riesgo de toxicidad por metales y el riesgo por infecciones del tipo biológico.

Los lados son un producto inevitable de los tratamientos de las aguas residuales. El tratamiento de las aguas residuales consta de un conjunto de operaciones, físicas, químicas y biológicas, cuya finalidad es eliminar la mayor cantidad de contaminantes, los cuáles no se encuentra originalmente en el agua potable haciéndola inadecuada para el uso humano. Estos contaminantes son en su mayoría material biodegradable que es eliminado mediante procesos biológicos. El procedimiento biológico es a `` grosso modo ´´, añadir a las aguas residuales una gran cantidad de microorganismos que se encargan de eliminar la materia orgánica biodegradable, parte se convierte en sólidos y parte se transforma en gases emitidos a la atmósfera. Tras un tiempo en el cual se deja que los sólidos precipiten al fondo, son separados mediante procesos físicos, todo este conjunto de procesos previos son conocidos como línea de agua, de la cual obtenemos agua no apta para consumo humano, pero si para otro tipo de usos como regadíos o limpiezas. Una vez lo lodos son extraídos deben mantenerse estables y con un porcentaje de microorganismos continuo. La línea de lodos consta de un conjunto de procesos, cuyo objetivo es la producción de los estables. Entendemos por lados estables, los lodos que han sufrido un proceso de estabilización intenso compuesto por estabilización aerobia, anaerobia y química en el cual la masa microbiana se convierte en gases y células muertas. La masa microbiana el responsable principal de la descomposición de la materia orgánica y el reciclaje de nutrientes.

2. Características de los fangos Dentro de los fangos o lodos tendremos dos tipos, lodos primarios y lodos secundarios, los cuales se diferencian al proceder de distintos momentos del tratamiento de la línea de agua. 2.a Lodos Primarios Los lodos primarios proceden de la decantación del agua residual, por tanto es lógico pensar, que el agua residual circulante es directamente proporcional a la cantidad de fangos primarios producidos. En el momento en el que se procede a obtener los lodos primarios, el agua residual ha pasado una serie de subprocesos (tamizado, desarenado y desengrasado), todos ellos son procesos físicos, por lo tanto los lodos obtenidos son lodos sin ningún tipo de aditivo de carácter químico o biológico. La recogida por decantación, permite una reducción mínima de un 50% de sólidos en suspensión, todo regulado por el Real Decreto-Ley 11/95.

2.b Lodos Secundarios

Tras la combinación de subprocesos químicos y biológicos, llevados a cabo en el tratamiento secundario de las aguas residuales, se da lugar a una segunda decantación para la extracción de los anteriormente nombrados lodos secundarios. Estos lodos tienen una composición distinta a los lodos primarios, debido a que en los procesos del tratamiento secundario, son eliminadas en su mayor parte todos los componentes orgánicos. Además, parte de estos lodos son recirculados al reactor donde se producen los subprocesos biológicos. Por tanto una parte es recirculada y otra parte se elimina, la parte eliminada es la que se une a los fangos primarios, para su posterior tratamiento en la línea de lodos. 3. Redes de conducción La conducción de las aguas residuales se realiza a través de una compleja red de tuberías. Dependiendo de la topografía discurrirán por gravedad o será necesaria la implantación de estaciones de bombeo. Por lo general lo sistemas de recogida de aguas son unitarios, un sistema unitario recoge tanto aguas residuales como aguas de lluvia. Para que no se produzcan saturaciones, debido a la entrada de un caudal superior al proyectado, se implantan aliviaderos, cuya finalidad es almacenar los excesos de caudal.

Debemos destacar un elemento, el bypass, utilizado para la derivación de aguas, hay uno general en la entrada de la EDAR y uno en cada tramo del proceso de tratamiento de las aguas.

3.a Características de la tubería

Una red de saneamiento, esta formado por un conjunto de elementos, entre los cuales se encuentran las tuberías. Los factores que se han de tener en cuenta a la hora de proyectar una red de saneamientos, son la calidad y cantidad de vertidos, las conexiones y canalizaciones, el tipo de red (unitaria, separativa o mixta ), tipo y calidad de los conductos (tuberías), los elementos de control y el entorno geográfico y ubicación de la EDAR. Una vez hemos dispuesto la mayoría de estos factores se procede al cálculo hidráulico de la red de saneamiento, siempre conforme con las normas nacionales existentes, como el caso de la UNE-EN 805. Una vez obtenidos los resultados de los cálculos, en los cuales quedarán asignados, diámetros de las tuberías y materiales a utilizar, se procede a un nuevo replanteo acorde con factores económicos y logísticos. El diámetro de una tubería puede variar de 300 mm a 3000 mm y los materiales más comunes son el hormigón (armado o en masa), el PVC y tuberías de fundición. 3.b Pérdidas de carga Las pérdidas de carga se dividen, en pérdidas de carga continuas y pérdidas de carga locales, la suma de ambas cargas se conoce como pérdida de carga total. Los avances tecnológicos permiten calcular las pérdidas de manera momentánea, aun así cada tramo de la red se calcula de forma distinta. Por lo general, en las redes de saneamiento, debido a sus dimensiones, las pérdidas de carga locales se suelen ser despreciadas. Las pérdidas de cargas continuas se rigen según esta fórmula:

Según esta fórmula, podemos ver que el caudal (Q), la longitud (L), el diámetro (D) y el coeficiente de fricción (f), son parámetros necesarios para el cálculo de las pérdidas de carga. Como hemos dicho antes las pérdidas de carga no son las mismas para cada tramo de la red, esto se debe a que cada tramo de la red varía alguno de estos parámetros. El coeficiente de fricción se calcula en función de dos componentes, el flujo (laminar o turbulento) y el coeficiente de rugosidad distinto para cada tipo de material.

3.c Bombas

Las máquinas de fluido son sistemas mecánicos que intercambian energía con el fluido que circula a través de ellos. Se proponen tres clasificaciones atendiendo a los siguientes criterios: el sentido de transferencia de energía, el principio de funcionamiento y el grado de compresibilidad del fluido. Por lo general las bombas en una red de saneamiento son generadoras, es decir impulsan el fluido, aumentando su energía. Las bombas centrífugas son las más demandadas en la impulsión de aguas residuales, sin embargo dentro de las estaciones depuradoras, más concretamente en la línea de fangos, en el caso de tener que aumentar la energía de los lodos, su usan bombas de membrana o lóbulos, que aunque trabajan de forma discontinua, están mejor adaptadas a fluidos de alta densidad como es el caso de los fangos. La bomba centrífuga es una bomba, en la cual hay un elemento rotativo (rodete), al girar este rodete (por lo general por medios mecánicos), impulsa el fluido en la dirección perpendicular a la de entrada.

El intercambio de energía se produce por el elemento anteriormente nombrado, esta energía interna del fluido se manifiesta con un aumento en su velocidad. El rodete esta formado por un conjunto de álabes, que giran dentro de una carcasa circula conocida como voluta. En la caso de que tengamos que bombear fangos (fluidos de alta densidad), es aconsejable en uso de la bomba de membrana o de lóbulos, sobre todo la bomba de membrana, este se debe a que su sencillez y su poca cantidad de mecanismos y piezas, hace que sea más difícil de que sufra algún tipo de obstrucción, además los mecanismos no están en contacto en ningún momento con los fluidos, mejorando su conservación. Su funcionamiento es simple, esta formada por una cámara, con las paredes flexibles, esta cámara varía su volumen mediante el desplazamiento de las

paredes, produciendo sobre le fluido un aumento de presión, que permite al fluido aumentar su energía de impulsión.

Las válvulas de entrada y salida de fluido son abiertas o cerradas en función de la presión que exista dentro de la cámara.

Tratamiento de lodos 1. Homogeneización. En esta fase, los lodos que se crean en el pretratamiento se recogen a través de las purgas de los decantadores o en el lavado de los filtros. Las concentraciones que se obtienen son bastante diferentes, por lo que es necesario enviarlos a un depósito de mezcla y almacenamiento, donde se iguala la concentración y a la vez se disponga de un volumen que permita el continuo funcionamiento de la planta de fangos. Hay que hacer hincapié en las concentraciones que llegan a la planta de fangos para que el rendimiento de ésta, no se vea afectado, siendo por tanto muy favorable la mezcla previa en el depósito de homogeneización de las aguas de lavado de filtros y purgas de decantadores, disponiendo ambos caudales a fin de obtener una concentración de la mezcla lo más similar posible.

E.D.A.R CAMP DE TÚRIA II Riba- Roja del Turia (Valencia)

2. Espesado Los fangos procedentes de las purgas de decantadores contienen un valor medio de materia seca del orden del 0,5% (5 g/l), los procedentes del agua de lavado de filtros son menos concentrados, del orden de 0,2 a 0,3 g/l. El espesamiento de los fangos se hace mediante los espesadores, ya sea por gravedad, flotación, o por centrifugación. Se empieza con un espesado por gravedad, de ahí el lodo concentrado extraído del fondo del decantador, pasa a los decantadores por flotación. Con este proceso se consigue un aumento de la concentración del orden de 8 veces la concentración inicial (valor final medio del 4%). 2. a Espesamiento por gravedad Suele realizarse en espesadores estáticos, normalmente circulares provistos de rasquetas que arrastran el fango precipitado hacia las arquetas de recogida, desde las cuales se bombea al equipo de deshidratación. El agua decantada filtrada se extrae por los vertederos situados en la parte superior y se recupera en cabecera de tratamiento. En ocasiones, los decantadores por gravedad pueden disponer de lamelas que al aumentar la superficie de decantación, reducen el volumen del decantador, obteniendo un buen resultado en el espesamiento.

2. b Espesamiento por flotación

Este proceso comienza con la mezcla de un caudal de agua presurizada, el cual satura de aire a las partículas de fango, así se genera una mejor flotabilidad de las partículas. Este caudal combinado, entra en el tanque de flotación a baja velocidad a través de una conducción de mezcla (flotador), que desemboca en un compartimento de entrada por vía de un sistema de distribución. El agua pasará una compuerta (rebosadero) y entrará en el zona de separación, desde donde es enviada a la cabecera de tratamiento, mientras el fango espesado y flotante es enviado a la siguiente fase de deshidratación. La concentración del fango en materia seca tras esta fase de espesamiento suele estar en el entorno del 4% (40 g/l). El espesamiento del fango, fundamentalmente en la flotación, se ve favorecido mediante el empleo del polielectrolito adecuado (pudiendo alcanzarse hasta el 6%). Las ventajas del proceso por flotación son: - Mayor volumen de tratamiento que los de gravedad. - Reducción de superficie y volumen de las cubas. - Mayores concentraciones de fangos que los de gravedad. Inconvenientes: - Mayor coste de explotación y mantenimiento. - Precisa un tanque intermedio previo al bombeo a los equipos de deshidratación (no almacena).

2. c. Espesamiento por centrifugación Es un proceso de disgregación que utiliza la acción de la fuerza centrífuga para causar la aceleración de partículas en una mezcla de sólido-líquido. Se realiza dos fases claramente distintas que se forman en el recipiente durante la centrifugación: El sedimento Por lo general no tiene una estructura uniforme. Ejemplo de un depósito de sedimento:

El centrifugado o el concentrado Es el líquido flotante. Por lo general tiene un tono claro, algunas veces nublado, debido a la presencia de las partículas coloidales muy finas que no se depositan fácilmente. Sin embargo puede también contener varias fases si el líquido intersticial de las mezclas contiene el elemento con diversas densidades, tales como aceites por ejemplo.

3. Estabilización La estabilización de los lodos tiene como principal objetivo reducir la presencia de patógenos, eliminar olores desagradables y eliminar su putrefacción. Los métodos de estabilización mas eficaces son tres: a. Digestión aerobia b. Digestión anaerobia c. Estabilización química i. Estabilización con cal

Vamos a explicar a continuación en que consiste cada uno de estos métodos: 3.a. Digestión aerobia La digestión aerobia también conocida como estabilización de fangos, se basa en la destrucción de la materia orgánica contenida en los lodos por su asimilación por células biológicas, en presencia de oxigeno libre molecular, se puede reflejar el proceso de digestión mediante la ecuación siguiente: C5H7O2 + 5 O2 → 5CO2 + NH3 NH3 + 2O2 → NO3H + H2O Este proceso se aplica usualmente a lodos mixtos o secundarios. Es un proceso sencillo y de bajo coste de instalación, pero debido al coste de la energía que precisa para mantener el lodo aireado, la utilización de este proceso restringe a pequeñas plantas. El volumen de lodos digeridos de forma aerobia es del mismo orden que en el caso que se utilice la digestión anaerobia, sin embargo los primeros son de mejores características. Los lodos aerobios, debido a su menor resistencia especifica a la filtración, se deshidratan más fácilmente. 3.b. Digestión anaerobia La digestión anaerobia es un proceso biológico en el cual la materia orgánica biodegradable es asimilada por una serie de microorganismos específicos, empleando parte de esta materia orgánica en la síntesis de nuevas células (nuevos microorganismos), sufriendo el resto un proceso de oxidación hasta los productos finales (metano y CO2) Este proceso se produce en ausencia de oxigeno disuelto. El mecanismo aceptado actualmente para explicar la biodegradación anaerobia se compone de cuatro fases consecutivas que son las siguientes: fase de hidrólisis, fase acida, fase acetogenica y fase metanogénica.

Fase de hidrólisis los sustratos sin disolver se hidrolizan y pasan a la disolución, debido a la actuación de enzimas extracelulares. Fase ácida las sustancias orgánicas disueltas son transformadas mediante ciertas bacterias facultativas en ácidos orgánicos: alcoholes, aldehídos, etc. y CO2 e hidrogeno, que puede aparecer como producto intermedio. Fase acetogenica, se forman acetatos correspondientes.

Fase metanogénica un grupo de bacterias estrictamente anaerobias transforman los acetatos en los productos finales, CO2 y CH4, esta fase es muy sensible al oxígeno, lo mismo que a pH ácido alcalino. Esta última fase es la controlante del proceso. La fermentación anaerobia de residuos solubles puede describirse como un proceso que consta de dos etapas, la producción de ácidos volátiles (fermentación ácida) y la producción de metano (fermentación metánica). Estas dos etapas requieren dos grupos diferentes de organismos cuya fisiología requiere ambientes óptimos, por lo que en ciertos momentos la tecnología se ha encaminado al diseño de reactores de dos etapas y optimizada una por separado, aunque no es ninguna técnica generalizada. Mecanismo de la fermentación metánica, el ácido acético es el más importante de los elementos formadores de la fermentación metánica. Del orden del 70% del metano se forma a partir del acetato, formándose la mayor parte del resto a partir de las sales de otros ácidos orgánicos, principalmente el propiónico. Hay al menos tres tendencias o propuestas a la hora de aplicar el mecanismo de la fermentación metánica del ácido acético.  Descomposición preliminar del acetato a CO2 e hidrógeno seguido de una reducción del CO2 a CH4 por el hidrógeno.  Reducción del CO2 a CH4 sin etapa intermedia e hidrógeno libre.  Descarboxilación simple del acetato. Este sería un caso especial, pues los ácidos propiónico y butírico no siguen este mecanismo, ya que aparte del metano no se obtiene ningún hidrocarburo final. Parámetros controladores del mecanismo de fermentación anaerobia Como el crecimiento de las bacterias anaerobias es lento, y estos organismos son sensibles a los cambios del ambiente que les rodea (especialmente bacterias metanogénicas), es necesario el estudio de los parámetros limitantes del proceso y su interrelación. La temperatura es un parámetro esencial para la digestión anaerobia. Cuando aumenta la temperatura, las reacciones biológicas son más rápidas, hasta una temperatura máxima, lo que produce mayor eficacia en la operación y menores tiempos de retención. Existen tres niveles de temperatura:  Psicofílico: por debajo de 20 ˚C.  Mesofílico: de 20 a 45 ˚C.  Termofílico: de 45 a 65 ˚C. El proceso no es muy efectivo por debajo de los 20 ˚C, y aunque por debajo de las velocidades de reacción en el nivel termofílico son mayores debido al aumento de formación de bacterias que en el nivel mesofílico, por razones económicas debido a la gran cantidad de energía a subministrar para calentar el digestor, la mayor parte de los digestores operan el nivel mesofílico. Anaerobisis, el mantenimiento de ausencia de oxígeno (anaerobisis) en el digestor es una condición fundamental para que las bacterias metanogénicas puedan realizar su actividad, ya que estas son estrictamente anaerobias. La existencia de oxígeno aunque sea en cantidades pequeñas puede ser mortal para ellas. Esto implica la

necesidad de un tanque de digestión cerrado, el cual impida la entrada de oxigeno y facilite la salida de gas producido. Acidez, pH, y alcalinidad. El rango óptimo de pH para la digestión anaerobia es 6,8- 7,5, pero el proceso aún ocurre satisfactoriamente en el rango 6,0-8,0. Bajo condiciones más ácidas el proceso se para. El mejor tampón regulador del pH en este rango es el sistema CO2- CO3HEl pH, la acidez y la alcalinidad están relacionados, la concentración de ión hidrógeno en un sistema biológico puede fluctuar considerablemente si el sistema anaerobio es la medid de la capacidad taponadora de los contenidos del digestor. ,𝑎𝑐𝑖𝑑𝑜� 𝑣𝑜�á𝑡𝑖�𝑒�/-𝑎�𝑎𝑐𝑎�𝑖𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑.12 por dos horas. Para dosificar la cal es necesario saber el tipo de lodo, su composición química y la concentración de sólidos para saber la cantidad de cal necesaria. De forma general se puede decir que el rango va desde 6 hasta 51 % basado en el contenido de sólidos

y así vemos que los lodos primarios son los que menos cantidad de cal requieren y los lodos activados los que mayor cantidad emplean. La alimentación de la cal esta basada en un contenedor estamos a efectuar la mezcla en forma de lechada esto facilita el mismo transporte y aumenta la dispersión de la cal y su efectividad de reacción. La serie de pasos seguir varia de acuerdo con diversos factores como son el tamaño de la operación el tipo de cal que se emplea y el método de almacenamiento.

4. Acondicionamiento Frecuentemente el secado de los lodos es difícil especialmente si tienen consistencia gelatinosa. En los lodos la eliminación del agua por filtración al vacío es muy difícil recomendándose un tratamiento previo. El acondicionamiento de lodo se realiza con motivo de mejorar sus características deshidratación. Los métodos más frecuentes usados supone la adición de productos químicos y productos físicos. La elutriacion, operación física de lavado, se emplea para reducir la cantidad necesaria de producto químico de acondicionamiento. Acondicionamiento físico Consiste en mezcla del lobo digerido con agua y posterior sedimentación, no mejora las características de deshidratación pero reduce la cantidad necesaria y coagulantes químicos. El coste inicial de funcionamiento de la elutriacion debe quedar justificado con la economía resultante en el costo de productos químicos. Esta operación consiste en reducir la alcalinidad disminuyendo la cantidad de coagulantes requerido. Para lavado se utiliza Agua limpia o residual tratada pudiendo significar una reducción del 50% o más en la cantidad de productos coagulantes necesarios. Este lavado suele ser en contracorriente de múltiples etapas. El modo se bombea de una etapa a otra en contracorriente con el agua de lavado. Vamos hablar ahora del dimensionado del tanque, que depende de varios factores: la naturaleza de los sonidos del lodo antes de la digestión, porcentaje de volátiles, porcentaje de sólidos en el lodo, método de elutriacion, relación de elutriacion (determina el volumen de agua a eliminar y el tamaño del tanque para una sedimentación adecuada) y programa de operación( volumen de almacenamiento requerido para la operación de filtrado). En lo del agua se mezcla en un tanque provisto de agitación lenta. El tiempo necesario para el mezclado es corto pero se requieren de tres a cuatro horas para sedimentación , colectores y paletas esperadoras para promover la densificación y transportar el lodo a la poceta de evacuación. También se usan tanques rectangulares con colectores de lodos totalmente sumergidos. Las cargas de superficie se seleccionarán de forma tal que las partículas excesivamente finas no se pierdan el agua de lavado. Acondicionamiento químico

El uso de productos químicos para condicionar el lodo para su deshidratación resulta económico para los mayores rendimientos y flexibilidad obtenidos. El acondicionamiento químico da como resultado la coagulación de sólidos y la liberación del agua absorbida. El acondicionamiento se usa antes de las filtraciones vacío y la centrifugación. Los productos químicos empleados son cloruros férricos, sulfato de aluminio y polímeros orgánicos. Las ventajas del cloruro férrico y el limo es que provee una desinfección estabilización del lodo al reducir el riesgo de daño a la salud y los olores. Los polímeros no proporcionan desinfección pero son más fáciles alimentar y frecuentemente más económicos. La dosificación varia considerablemente entre los diferentes lodos. La concentración de sólidos el tipo de lodo son los factores más críticos. Con raras excepciones los lodos digeridos requieren considerablemente mayores adiciones de químicos que los lodos crudos. La dosis de producto químico requerida para cualquier tipo de lodo se determina en laboratorio mediante ensayos del tipo que permiten determinar las dosis de productos químicos, rendimientos de los filtros e idoneidad de los distintos medios filtrantes. El mezclado del lodo es intimo del lodo y del coagulante es esencial para un acondicionamiento correcto. El mezclado no debe romper el floculo después de haber sido formado y el tiempo de detención debe mantenerse mínimo, de modo que el lodo alcance el filtro tan pronto como sea posible una vez acondicionado. Los tanques de mezcla son, de tipo vertical en las plantas pequeñas, y horizontal en las plantas grandes. Se construyen ordinariamente de acero soldado, revestidos con caucho u otro material a prueba de ácidos. Una disposición típica para un tanque de acondiciomaniento o de mezclado es la que tiene un agitador horizontal, accionado por un motor de velocidad variable, que proporciona al árbol una velocidad de cuatro a diez r.p.m. El rebose del tanque es ajustable para poder variar el tiempo de detención. También se usan tanques cilíndricos con mezcladores de hélice.

5. Deshidratación La deshidratación disminuye el contenido de agua de los fangos disminuyendo así el volumen de los lodos para el transporte y la manejabilidad de los mismos. El destino de los fangos determinará el grado de deshidratación y el método utilizado para este fin. Con la deshidratación se consigue: Disminuir los costes de transporte de lo los lodos al disminuir el volumen del fango.  Mejora la manejabilidad de los lodos. 

La deshidratación suele ser necesaria antes de la incineración ya que se consigue aumentar el poder calorífico al disminuir la humedad. 



La deshidratación es necesaria si el fango se destina a compostaje.

Para evitar los olores que puedan derivarse de los lodos se realiza la deshidratación. 

La deshidratación es necesaria si el lodo va a ser evacuado a vertedero ya que evitamos la formación de lixiviados. 

La deshidratación es un proceso físico integrado en la línea de fangos de la EDAR Se utiliza para reducir el contenido de agua y, por tanto, el volumen de los De esta forma se disminuye su costo de transporte hasta el punto de vertido final. Por otra parte, el fango deshidratado es más fácil de manejar y el proceso de transporte es más cómodo y económico que en el caso de un fango con mayor contenido de agua. El agua presente en el fango se encuentra en cuatro formas: libre, coloidal, intercelular y capilar. El agua libre puede separarse del fango por gravedad ya que no está asociada a los sólidos. Para eliminar el agua coloidal y capilar se necesita un acondicionamiento químico previo al empleo de medios mecánicos. Para eliminar el agua intercelular se debe romper la estructura que la contiene, esto se lleva a cabo mediante tratamiento térmico. Formas en las que está presente el agua en el fango. Es frecuente emplear la deshidratación antes de incinerar los fangos para aumentar su poder calorífico, también se utiliza antes del compostaje para reducir la cantidad de enmiendas y esponjantes. En el caso de que el fango vaya a un vertedero la deshidratación se emplea para conseguir el grado de humedad admisible compatible con las condiciones sanitarias y las características estructurales del vertedero. Existen dos tipos de deshidratación: natural y mecánica. Forman el primer tipo las eras de secado, y el segundo está constituido, fundamentalmente, por: filtros banda, filtros prensa, filtros de vacío y centrífugas. La deshidratación mecánica va precedida de acondicionamiento previo. 5.a Eras de secado Las eras de secado son capas de materiales drenantes dispuestas de forma vertical en un receptáculo. El fango se hace pasar sobre estas capas de grava o arena produciéndose el filtrado y la deshidratación de los lodos por evaporación. Esta evaporación dependerá de las condiciones climáticas de la zona, los días de exposición de los lodos y las características del lodo. El material drenante suele estar formado por capas de 10 cm de arenas sobre una capa de grava de 10-20 cm, colocando una red de tuberías en la parte inferior para recoger el agua que volverá a ser tratada en la E.D.A.R. La capa de arena debe reponerse cada cierto tiempo ya que se pierden arenas en el proceso de filtrado y recogida de los lodos. Este método se utiliza para poblaciones de 20.000 habitantes o inferiores. El inconveniente que presenta este proceso es la gran superficie de terreno que se requiere.

En el caso de disponer de espacio suficiente, la alternativa consistente en la construcción de eras de sacado presenta unos costos de inversión y explotación muy satisfactorios. Por otra parte su rendimiento es comparable al del sistema mecánico más eficiente. Su uso, en general, se plantea para poblaciones inferiores a 20000 habitantes equivalentes. Constan de un medio drenante sobre el que se depositan los fangos. Los mecanismos físicos que permiten reducir la cantidad de agua de los fangos en las eras son la evaporación y la infiltración. El proceso de deshidratación más antiguo y más sencillo es el que usa lechos rectangulares poco profundos con fondos porosos arriba de una red de drenaje subterráneo. Los lechos se dividen en áreas convencionales con paredes bajas. El lodo se pasa a los lechos hasta que la profundidad es de 125 a 250 mm; la deshidratación tiene lugar debido al drenaje de las capas inferiores y a la evaporación de la superficie bajo la acción del sol y el viento. La pasta se agrieta a medida que se seca, lo que permite mayor evaporación y el escape del agua de lluvia de la superficie. En buenas condiciones, el contenido de sólidos que se obtiene es casi del 25% en unas cuantas semanas; en climas templados un período más común es de 2 meses. Se obtienen mejores resultados con la aplicación frecuente de capas de lodos poco profundas e intervalos más largos. La remoción del lodo seco se hace manualmente en plantas pequeñas pero en otros lados se tiene que instalar una planta mecánica para el levantamiento de los lodos. El terreno que se requiere para el lodo de agua residual es 0,25 m cuadrados por persona. Este gran requerimiento hace difícil que los lechos de secado sean factibles a menos que se disponga de terreno a bajo costo. En muchas circunstancias se utiliza alguna forma de deshidratado mecánico, para el cual las necesidades de terreno son mínimas y cuyo rendimiento no es afectado por el clima. Como la mayor parte del agua del fango se infiltra a través de la arena y grava hay que diseñar un sistema de tubos de drenaje adecuados. Por otra parte, los fangos a deshidratar llegan a las eras a través de conducciones por las que el fango debería circular a una velocidad superior a 0,75 m/s.

5.b Filtro banda Es un sistema de alimentación continua de fango, donde se realiza también un acondicionamiento químico, generalmente con polielectrolitos. En los filtro banda primero se produce un drenaje por gravedad y después se hace pasar al fango por una aplicación mecánica de presión para que se produzca la deshidratación, gracias a la acción de una telas porosas. Es un método barato, ya que no necesita una gran inversión inicial, los costes de mantenimiento y explotación son bajos y la instalación representa un bajo consumo energético. Un filtro banda consiste, básicamente, en una cinta transportadora sobre la que se coloca el fango, y en una cinta cobertora. El fango se sitúa entre ambas cintas que son permeables. Este conjunto pasa a través de una serie de rodillos colocados para conseguir la compresión del fango. En algunos modelos se hace el vacío en alguna zona del recorrido para aumentar la extracción del agua. En un filtro banda, tras el acondicionamiento, el fango se deposita al inicio de la cinta en una zona en la que la extracción de agua se hace por gravedad, simplemente dejando que escurra a través de la cinta. A medida que avanza este proceso la cinta cobertora se acerca cada vez más al fango entrando en la zona de prensado. Por último se entra en una zona en la que la distribución de los rodillos es tal que se produce una gran compresión en los puntos de giro de la cinta.

5.c Filtro prensa Los filtros prensa constan de una serie de placas rectangulares verticales dispuestas una detrás de otra sobre un bastidor. Sobre las caras de estas placas se colocan telas filtrantes, generalmente de tejidos sintéticos. El espacio que queda entre dos placas, en su parte central hueca, es el espesor que adquirirá la torta resultante. Este espesor puede oscilar entre 15-30 mm. La superficie de los filtros prensa puede ser de hasta 400 m2, y la superficie de las placas de 2 m2. Y suelen estar formados por más de 100 placas. El proceso de filtrado varía entre 25 horas, dependiendo de la duración de las diferentes etapas que pasamos a enumerar a continuación:  

Llenado Filtrado



Descarga



Limpieza

Con este proceso se consigue una estanqueidad del 35-45%, según las características del lodo a tratar.

Se utiliza en depuradoras de más de 100.000 habitantes y se necesita personal especializado y cualificado para su mantenimiento y explotación. La capacidad de producción de un filtro de prensa es de entre 1.5 y 10 kg de sólidos por m2 de superficie de filtración. Para cada modelo de filtro de prensa el volumen de la cámara y la superficie de filtración dependen del número de placas del filtro. En términos prácticos el tiempo de prensado es menor de cuatro horas. La filtración depende de: - espesamiento de la pasta - concentración de lodo - resistencia especifica - coeficiente de compresibilidad. Una de las ventajas de los filtro prensa es que pueden aceptar lodo con distinta capacidad de filtración. Es recomendable espesar el lodo antes de la operación en el filtro de prensado. Aunque el lodo presenta gran capacidad de filtración permite capacidad de producción mayor, los filtros de prensa aceptan igualmente lodo con condiciones poco precisas para su filtrado. Esta tolerancia significa que el sistema presenta condiciones de operabilidad seguras y con pocos riesgos.

5.d Centrifugadora La centrifugadora es un tambor cilindro-cónico de eje horizontal que se fundamenta en la fuerza de centrifugación para la separación de la fase sólida del agua. Hay dos tipos de centrifugación en la deshidratación de los lodos. Una de ellas es la centrifugación contra corriente, donde los sólidos y el líquido circulan en sentido contrario dentro del cilindro. El otro tipo de centrifugación es la equicorriente donde la fracción sólida y la líquida discurren en el mismo sentido.

La centrifugación es un proceso de separación que utiliza la acción de la fuerza centrífuga para promover la aceleración de partículas en una mezcla de sólido-

líquido. Dos fases claramente distintas se forman en el recipiente durante la centrifugación:  El sedimento  Generalmente no tiene una estructura uniforme.  Debajo encuentra un ejemplo de un depósito de sedimento  El centrifugado o el concentrado que es el líquido flotante. A menudo claro, algunas veces nublado, debido a la presencia de las partículas coloidales muy finas que no se depositan fácilmente. Sin embargo puede también contener varias fases si el líquido intersticial de las mezclas contiene el elemento con diversas densidades, tales como aceites por ejemplo. Los centrifugadores se encargan de la separación de las partículas mediante fuerza de aceleración gravitacional que se logra gracias a una rotación rápida. Este proceso puede provocar la sedimentación o suspensión de las partículas o puede conseguir la fuerza necesaria para la filtración a través de algún tipo de filtro. La aplicación más común es la separación de sustancias sólidas a partir de suspensiones altamente concentrados. Si se usa de esta manera para el tratamiento de las aguas residuales se consigue la deshidratación y creación de sedimento más o menos consistente dependiendo de la naturaleza del lodo tratado, y la aceleración en concentrar o aumentar el grosor de lodo poco concentrado. Hay distintos tipos de centrifugadoras: Hidrociclones: La manera más simple de utilizar la fuerza centrifuga para la separación son los hidrociclones. En realidad no es un centrifugador: ya que la separación centrifuga se producida por el movimiento del lodo, inducido por la inyección del material de alimentación de manera tangencial. El principio de operación se basa en el concepto de velocidad terminal de sedimentación de una partícula sólida en un campo centrífugo. Campana tubular centrifuga: La campana tubular centrifuga ha sido usado durante mucho tiempo antes que otros sistemas de centrifugación. Se basa en simple geometría: su diseño consiste en un tubo, cuyo largo es de varias veces su diámetro que rotan entre apoyos a cada lado. El flujo del proceso entra en el fondo del centrifugador (feed suspension) y altas fuerzas centrifugas separan los sólidos que se adhieren a las pareces de la campana, mientras la fase liquida sale en la parte superior del centrifugador. Debido a que este sistema carece de rechazo de sólidos, los sólidos solo se pueden eliminar parando el funcionamiento del aparato, desmontándolo y arrastrando o lavando los sólidos manualmente. Estos centrifugadores campana tubular tienen capacidad de deshidratación, pero capacidad limitada de separación de sólidos. La espuma generada puede suponer un problema a no ser que se utilicen skimmer especiales o bomba centrípeta.

Cámaras-campana de centrifugación: Las cámaras- campana de centrifugación consiste en un número de campanas tubulares organizadas de manera co-axial. Consiste en una campana principal que tienen divisiones cilíndricas insertadas que separan el volumen de la campana en una serie de cámaras anulares que operan en serie. El flujo de alimentación entra en el centro de la campana y la suspensión pasa a través de las distintas cámaras, que van aumentado la distancia del eje. Los sólidos sedimentan en las partes externas en las paredes de las cámaras y el líquido limpio se extrae mediante rebosamiento en la cámara de mayor diámetro. El sistema también supone una clasificación de sólidos en suspensión: las partículas principales se depositen en la cámara interior y las partículas finas en las cámaras subsecuentes. Separador de discos: El diseño más limpio se basa en una cámara cerrada que contiene una pila de discos, donde cualquier sólido recogido en la parte externa de la cámara, desde donde se retiraran manualmente al parar la rotación. Los sólidos son extraídos de la cámara mediante una serie de métodos incluidos las boquillas, que se abren continuamente, y que permiten la retirada de lodo denso. En otros diseños más complicados boquillas con válvulas se abren automáticamente cuando la profundidad del sólido en la amara alcanza cierto valor, y luego se cierra cuando los sólidos han sido extraídos. El diseño más complicado, consiste en una cámara abierta: donde las carcasas de la cámara se separan de manera circunferencial durante un corto periodo de tiempo, en donde esta apertura también viene condicionada por la profundidad de los sólidos en la cámara. Centrifugador de cesta imperforada: Se usa cuando el contenido de sólidos en suspensión es muy alto. Consiste simplemente en una cesta o campana tambor, que normalmente rota en torno a un eje vertical. Los sólidos se acumulan y comprimen debido a la fuerza centrifuga pero no son deshidratados. El líquido residual drena al parar la rotación. La capa de sólidos se remueve manualmente mediante cepillado o retirada con pala. La descarga se puede conseguir mediante un skimmer y tubería para remover el líquido residual y después mediante la aplicación de una pala-cuchillo para cortar el sólido formado. Esto evita la parada del sistema para su limpieza. 5.e Secado térmico Con este sistema se consigue extraer el agua embebida de los fangos gracias a la evaporación de la misma. El secado térmico puede ser por secado directo o indirecto. En el primer caso se utilizan gases calientes que se ponen en contacto con el fango a deshidratar, obteniéndose una sequedad de hasta un 90%. En el secado térmico indirecto el medio calefactor es una pared secadora, similar a un intercambiador de calor, obteniéndose sequedades menores que por el método anterior, de un 60-70%. El secado térmico de lodos a baja temperatura se basa en el principio de secado por convección de aire caliente en túnel cerrado y continuo, efectuándose el aporte del calor necesario para el secado de los lodos mediante dos fuentes alternativas: bombas de calor, y aprovechamiento del calor generado en los circuitos de refrigeración del bloque motor y gases de escape de dos motores diesel.

Transporte a vertedero El destino final que se vaya a dar a los fangos condicionará el conjunto de procesos que compondrán la línea de fangos. De ahí la importancia de la decisión a adoptar. Básicamente existen tres alternativas para la evacuación de fangos:  Vertedero  incineración  Uso agrícola Hasta hace unos años en algunas localidades costeras se enviaban los fangos en barcazas hasta mar abierto y am se vertían. Hoy en día esta posibilidad no se permite en la UE. Los vertederos pueden ser específicos para los fangos 0 bien ser de residuos sólidos urbanos en los que se admite el vertido de fangos. En cualquier caso se exige que los fangos tengan un grado de humedad inferior a un determinado valor (generalmente alrededor del 20%) para evitar problemas relacionados con la estabilidad de suelos, así como problemas sanitarios. La incineración de fangos también precisa de una deshidratación previa para aumentar el poder calorífico del fango y reducir los costos de explotación. En general se recurre a filtros prensa o secado térmico previo. El grado de humedad admisible debe ser inferior al 25%. El uso agrícola es una alternativa que permite el aprovechamiento del fango. Es decir, éste ya no se considera un residuo. El fango puede servir como acondicionador del suelo y como abono. En el primer caso permite retener agua del suelo, el crecimiento más fácil de las raíces y mejora la textura del suelo. En el segundo caso sirve como complemento de los fertilizantes químicos permitiendo el ahorro de una parte de ellos. En los fangos se encuentra nitrógeno, fósforo y pequeñas cantidades de potasio, así como otros oligoelementos necesarios para el crecimiento de las plantas, si bien no se encuentran en las proporciones óptimas. El fango puede emplearse como abono siempre y cuando sus concentraciones de metales pesados sean inferiores a los valores legislados (Directiva 86/278/CEE sobre protección del medio ambiente y, en particular, de los suelos para la utilización de fangos de depuradora en agricultura).

Bibliografía y fuentes web consultadas http://www.aguamarket.com/sql/temas_interes/192.asp http://www.lenntech.es/ http://www.miliarium.com/proyectos/depuradoras/fangos/tratamientos.asp anfacal.org tesis.uson Depuración de aguas residuales, Unidades temáticas ambientales de la dirección general del medio ambiente. Jose Antonio Diaz Lazaro- Carrasco. Abastecimiento de agua y remoción de aguas residuales; Gordon Maskew Fair, Jonh Charles Geyer, Daniel Alexander Okun.

Tratamiento y depuración de las aguas residuales, metcalf- eddy

Opinión personal del grupo respecto al desarrollo del trabajo Al realizar este trabajo, nos hemos dado cuenta de nuestra ignorancia en el tema. Y gracias a la realización de este, estamos más informados en la línea de fangos. En primer lugar, no sabíamos la correlación entre aguas residuales ni fangos, ni los tratamientos llevados a cabo. No solo nos hemos informado de la línea de fangos, sino de todo el proceso en general de depuración de aguas. Para el desarrollo del tratamiento de fangos, hemos abordado temas como el tratamiento de aguas y la utilización de agentes químicos y biológicos en el proceso de depuración, redes de saneamiento para la recogida, conducción y derivación de las aguas, las Estaciones de Aguas Residuales, EDAR, en cuyas instalaciones se llevan a cabo los procesos de tratamiento de aguas y los procesos de tratamiento de fangos. La concienciacion ambiental, pilar fundamental sin el cual no se hubiesen promulgado normativas para la trata de aguas residuales y como consecuencia la trata de fangos, para su posterior reutilización