MANEJO DE LODOS
Los principales
constituyentes del agua residual eliminados en plantas de tratamiento incluyen
desechos, arenas, espumas y lodo. el lodo extraído y producido en la
operaciones y procesos de tratamiento de las aguas residuales generalmente
suele ser liquido o
liquido-semisólido con unos grandes contenidos en sólidos entre el 0.25 y el 12
% en peso. El lodo es, por mucho, el constituyente de mayor volumen eliminado
en los tratamientos. Su tratamiento y evacuación es, probablemente el problema
más complejo al que se enfrentan los ingenieros. El lodo está formado
principalmente por las sustancias del carácter desagradable del agua residual,
este compuesto principalmente de materia orgánica, y solo una pequeña parte del
lodo está compuesta por materia sólida.
ALCANCE
El
tratamiento de agua en la PTAR combina una caracterización físico- químico y
microbiológico donde se aplican tratamientos primarios y secundarios cuyo
resultado es la generación de lodo, los cuales deben ser sometidos a procesos
de estabilización y reducir su carga contaminante y así darle un buen manejo y
disposición final ya sea para compostaje o vermicomposteo.
DIAGNÓSTICO
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO QUE GENERA LODOS
Flujograma del proceso.
Punto de generación del lodo.
Estos
sólidos son provenientes de los sistemas de alcantarillado urbano o municipal,
de las plantas potabilizadoras de agua (PTAP) y de las plantas de tratamiento
de aguas residuales (PTAR) las cuales aún no han pasado por procesos de
estabilización.
3.1.3 Matriz de entradas y salidas.
CLASIFICACIÓN DE LODOS
Tipo de lodos.
TIPO DE LODOS Y PROPIEDADES
|
|||
TIPO
|
PRIMARIO
|
ACTIVADO
|
QUIMICO
|
PROPIEDADES
|
-Sedimentadores primarios.
-Color grisáceo
-Oloroso
- Fácil de deshidratar
- 50- 60% de SS del efluente.
- 4-10% de ST
-60-80% de SV
|
-Color café oscuro
-Suspensión floculenta de biomasa activada.
- Alto contenido de agua
-Difícil de deshidratar.
- 0,5-2,2 de ST
- 70-80% de SV
|
-Tratamiento primario con químicos.
-Color café oscuro/negro.
-Suspensión semi-floculenta.
- Fácil de deshidratar
- 0,5-10,0% de ST
-50-70% de SV
|
Fuente 3: Dr.
José Antonio Barrios, ASPECTOS GENERALES DEL MANEJO DE LODOS
MANEJO ACTUAL DE LOS LODOS EN LA EMPRESA
En el
presente año, la Finca Villa Luz no cuenta con un m anejo interno de lodos, lo
cual se establece una propuesta de la creación de una Micro PTAR en donde se
realizará un humedal artificial.
Programa de gestión interna de lodos
Pre tratamiento:
·
Medida de control mediante mantenimiento mecánico diario para:
·
Separación de solidos gruesos y finos.
·
Desarenado.
Remoción
mecánica de residuos resultantes de los anteriores procesos, lo cual tiene
frecuencia diaria en temporada alta y frecuencia de días por medio en temporada
baja.
Tratamiento primario:
Control
automático de cantidades de reactivo de floculante y coagulante.
·
Decantadores: Frecuencia de limpieza día de por medio.
·
Floculada res: Frecuencia de lavado cada 3 días.
·
Coaguladores: Frecuencia de lavado cada 3 días.
·
Sedimentación: frecuencia de lavado cada 8 días.
Tratamiento Secundario:
·
Desinfección: Frecuencia de lavado lada 10 días.
·
Sistema de humedal artificial: Mantenimiento cada 3 meses.
Sistema de Recirculación de agua para
abastecimiento de cultivo de fresas y sistemas de baños.
TRATAMIENTO DE LOS LODOS
Los objetivos del tratamiento de lodo son:
Estabilización para conseguir una degradación controlada de sustancias
orgánicas y eliminación del olor, con ayuda de equipos para la disposición
final.
Pre tratamiento.
Los retratamientos o tratamientos preliminares
generalmente son físicos e implican la reducción de sólidos en suspensión y el
acondicionamiento de las aguas residuales para los posteriores procesos de
tratabilidad. Los objetivos principales de la etapa del pretratamiento, son:
a.
Eliminar material grueso.
b.
Eliminar arenas.
La
selección del tipo de dispositivos para la etapa de pretratamiento, dependerá
de:
a. Tipo de aguas residuales.
b. Características del agua residual.
c. Tipos de unidades que serán
empleadas posteriormente.
d. Nivel de operación de la depuradora.
Espesamiento.
Consiste en el retiro del agua del lodo
reduciendo así su contenido de humedad hasta alcanzar aproximadamente el 85% de
humedad. Son comunes las técnicas de secado sobre lechos, filtración al vacío, centrifugación,
filtración a presión, vibración sónica o mecánica. Tiene como objetivo el
proceso de secado de lodos, reducir los costos de transporte hasta el sitio de
disposición final, manejar fácilmente el lodo y aumentar el valor calórico para
su incineración.
Espesamiento por gravedad
Se obtiene a partir de la utilización de
sedimentadores provistos con barredoras de lodos para obtener un lodo más
concentrado que el aplicado.
Criterios de diseño para espesadores de lodos por
gravedad
Tipo de lodo
|
Carga másica
superficial
kg/m2 -d
|
Carga de rebose – m/d
|
Dosis de coagulante
mg/L FeCl3
|
Dosis de coagulante
mg/L CaO
|
Lodos primarios
|
100 – 150
|
16 – 32
|
1 – 6
|
5 – 12
|
Lodos secundarios
|
20 - 50
|
2 – 8
|
Fuente 4: Datos
tomados de (Romero R., J., 2005), adaptado por la UNAD
Cuando el lodo proviene
de lodos activados, se recomienda mezclarlo con lodo primario. Las siguientes
precauciones deben tenerse en cuenta, cuando se haga espesamiento por gravedad
de lodos activados:
- Si la temperatura
del A.R. > 20 °C, se debe usar espesamiento por gravedad cuando la edad
del lodo es mayor a 20 días
- Mantener el lodo
en el espesador por un término menos a 18 horas para disminuir efectos
indeseables en la actividad biológica
- El diámetro del
tanque debe ser menor a 12 m
Fuente 5: UNAD,
Espesamiento de lodos
Espesamiento
por flotación
Es utilizado principalmente para lodos proveniente de sistemas de lodos
activados y filtros percoladores. Consiste en la separación de sólidos del
líquido mediante la introducción de aire en forma de burbujas finas dentro de
la fase líquida. “Las burbujas se adhieren a los sólidos y el empuje combinado
del gas y el sólido hace que suban a la superficie del líquido donde son
removidos”. En el proceso, se da una recirculación del caudal afluente,
presurizado entre 280 y 480 kN/m2 (40 – 70 psi). El aire
introducido se combina con el caudal recirculado. La tubería de recirculación
se calcula para producir una velocidad de flujo de 2 a 3 m/s, siendo el
material utilizado acero al carbón calibre 40 – 80.
Fuente 6: UNAD,
Espesamiento de lodos
Estabilización.
Reduce e inactiva
organismos patógenos y elimina olores desagradables, lodos que pueden ser rehusados
o depositados sin provocar daños al medio ambiente o salud humana.
En la
cadena de transformación biológica de los sólidos del lodo para convertirse en
sustrato soluble, que las células bacterianas pueden absorber, lo primero que
se obtiene es la desintegración hidrolítica de las sustancias vegetales (papel,
residuos vegetales, carbohidratos), grasa y proteínas (animal y vegetal). Dicha
desintegración se realiza por respiración aerobia y anaerobia, siendo su
principal diferencia es que cuando se realiza vía aerobia, la velocidad de
reproducción es mucho más rápida.
Estabilización aerobia
Complementariamente,
por acción enzimática, los carbohidratos polímeros se convierten en azúcar, las
grasas en ácidos grasos y glicerina y la proteína en péptidos. La
desintegración hidrolítica de los sólidos incrementa rápidamente su capacidad
de dilatación, conversión que es igual bajo condiciones aerobias y anaerobias,
solo que cuando se originan los primeros, los productos finales son CO2 y
HOH.
En conclusión, la digestión
aerobia:
·
Degrada
biológicamente la materia orgánica en presencia de oxigeno
Mesofiliza (35ºC) o Termófilica
(55ºC)
·
requieren
energía para la aireación y mezclado
·
La
digestión aeróbica mesofilica no reduce considerablemente los huevos de
helmintos
Estabilización anaerobia
Proceso anaerobio de degradación en la estabilización del lodo:
La
digestión anaerobia también conocida como digestión alcalina anaerobia de
lodos, se realiza en tanques para plantas de tratamiento pequeñas en climas
cálidos. Debe disponerse de equipo de calentamiento adicional que funcione con
coque, gas, etc. Se identifican como etapas en la estabilización anaerobia
las siguientes:
·
Etapa
hidrolítica: Por acción enzimática se convierten las sustancias no disueltas en
disueltos.
·
Etapa
de acidificación: Se producen ácidos orgánicos de cadena corta: acético,
alcoholes, H2 y CO2, son convertidos por acción
de las bacterias metanogénicas en metano.
·
Etapa
acetogénica. Aquellos productos excedentes de la etapa anterior o no convertidos
en gas metano, se transforman en H2 y CO2 y
ácido acético. Las bacterias acetogénicas despliegan sus actividades solo en
simbiosis bioenergética conjunta con las bacterias metanogénicas u otros
organismos que consumen H2.
·
Etapa
metanogénica: Se produce metano en esta etapa principalmente por la
descomposición de H2 y CO2 y ácido acético.
En conclusión, la
digestión anaerobia:
·
Degrada
biológicamente la materia orgánica en ausencia de oxigeno
Mesofiliza
(35ºC) o Termófilica (55ºC)
·
Produce
energía reutilizable (CH4)
·
La mayoría
de huevos de helmintos resisten al proceso mesofilica
Desinfección.
Tipos de sistemas
|
Tanque Emscher
|
Compartimiento de
digestión con calentamiento – 30 ° C
|
Compartimiento de
digestión sin calentamiento
|
Sistema de sedimentación
|
50
|
20
|
150
|
Sistema de filtración
biológica
Carga baja
|
75
|
25
|
180
|
Carga alta
|
100
|
30
|
220
|
Sistema de activación
Carga baja
|
150
|
40
|
320
|
Carga alta
|
100
|
35
|
220
|
Fuente 9: Datos
tomados de (Romero R., J., 2005), adaptado por la UNAD
1. Son parámetros de dimensionamiento no solo la carga
volumétrica sino también el periodo de digestión y el volumen de lodo crudo.
Por lo tanto, los periodos de retención dependen sustancialmente del grado de
reducción del contenido de agua mediante el espesamiento preliminar.
Carga
|
Personas
|
Carga volumétrica
|
Periodo de
digestión
|
Carga para digestores con calentamiento de 30 a
33 °C
|
<50000
|
2 kg ó ST/m3 -
d
|
20 – 30 d
|
50000 – 100000
|
3 kg ó ST/m3 -
d
|
15 – 20 d
|
|
>100000
|
4 kg ó ST/m3 -
d
|
10 – 15 d
|
Fuente 10: Datos
tomados de (Romero R., J., 2005), adaptado por la UNAD
Deshidratación.
Filtro prensa
·
De volumen
fijo a variable
·
Alcanzan
sequedades de hasta 40%
·
Presiones
menores 100 psi
·
Operan
hasta que el filtrado se detiene
·
Problemas
en taponamiento del material filtrante y dificultad para desalojar la torta
·
Generalmente
operan automáticamente
Centrifuga
·
Generalmente
de tazón solido
·
Proceso
continuo
·
El
tazón gira a una velocidad y el tornillo a otra
·
Alcanzan
sequedades del 25-35% ST
·
Parámetros
de control
·
Carga
de sólidos
·
Velocidad
diferencial tazón/tornillo
·
Puede
aplicar fuerzas de 3,000 g
Filtración al vacío
También, la
filtración al vacío cumple con el propósito de remover el contenido de humedad
de una masa de lodo. Para este caso, la caída de presión se provee creando un
vacío sobre un lado del medio poroso y para ello, el filtro vacío que es un
tambor cilíndrico, rota parcialmente sumergido en un tanque de almacenamiento
de lodo acondicionado. El vacío aplicado a la sección sumergida del tambor hace
que el filtrado pase a través del medio y se forme la torta. La zona de secado
la constituye un 40 a 60% de la superficie del tambor. Al final del ciclo, se
acciona la válvula que expone la superficie del tambor a la presión atmosférica
y la torta es separada del medio y conducida al sitio de disposición final o
posterior tratamiento
Secado.
Consiste en el retiro
del agua del lodo reduciendo así su contenido de humedad hasta alcanzar
aproximadamente el 85% de humedad. Son comunes las técnicas de secado sobre lechos,
filtración al vacío, centrifugación, filtración a presión, vibración sónica o
mecánica. Tiene como objetivo el proceso de secado de lodos, reducir los costos
de transporte hasta el sitio de disposición final, manejar fácilmente el lodo y
aumentar el valor calórico para su incineración.
Lechos de secado
Se utilizan para
deshidratar lodo extendiéndolo sobre una capa de arena de espesor 20 a 25 cm,
dejándolo secar. Una vez perdida la humedad, se puede utilizar como material de
relleno o fertilizante. Para comunidades pequeñas, es decir para aquellas
plantas de tratamiento que manejan caudales menores a 100 L/s, esta opción de
deshidratación se considera óptima, entre tanto; para poblaciones superiores a
20000 habitantes debe optarse por técnicas más avanzadas.
Se identifican como
ventajas de los lechos de secado de lodos los siguientes: En la medida que haya
terreno disponible, el costo es bajo; no requiere operación especial, bajo
consumo de energía, bajo consumo de químicos. Como desventajas de este tipo de
reducción de contenido de humedad es el utilizar grandes áreas, requiere lodos
estables y sensibles a los cambios de clima.
Acondicionamiento.
Disposición
del lodo
Corresponde esta etapa del tratamiento de lodos
a la ubicación final del lodo tratado. Incineración, disposición en
lagunas de lodos, compostaje, aplicación en el suelo, rellenos y vertido al mar
son las técnicas más utilizadas.
Incineración
Se utiliza esta técnica cuando no existe
suficiente terreno para disponer los lodos tratados. Tiene como ventaja la
reducción de la masa y el volumen de la torta en un 95% minimizando los
requisitos de disposición, eliminación de tóxicos y recuperación de energía
mediante combustión. De hecho, también se presentan desventajas dada su
requerimiento para la operación, mantenimiento y control de emisiones.
Componen la incineración los elementos
combustibles, inertes y húmedos que ingresan al horno, así como el exceso de
aire y combustible de requerirse. Efluente del sistema es la humedad, exceso de
aire, material particulado como NOx, SOx, HC y CO2,
así como otros productos de la combustión completa. Se estima un requerimiento
de “3.2 Kg de aire para liberar 10 MJ a partir del lodo o combustible
suplementario”.
Lagunas
de lodos
Las lagunas de secado de lodos se pueden usar
para deshidratar el lodo estabilizado combinado con sedimentación y
evaporación. La profundidad de la laguna puede ser de 0.62 a 1.25 m con carga
de sólidos entre 36 y 39 kg/m2 – año.
Una vez la laguna llena, la entrada del lodo es
discontinua dando inicio a la fase de secado formando a medida que la
superficie se seca una costra que se rompe mecánicamente. Una vez el contenido
de sólidos alcanza entre el 20 y 30%, el lodo debe removerse.
Uno de los
tratamientos que desde siempre se ha aplicado para estabilizar la materia
orgánica es el compostaje. Es un sistema de fundamento sencillo, versátil y
puede aplicarse a diferentes tipos de materiales; se le considera económico y
ecológico.
Cuando se quiere aplicar el compostaje es necesario preparar las
condiciones para que, gracias a una actividad microbiana compleja, el residuo
(o mezcla de residuos) se transforme en un producto estable, aplicable al
suelo, sobre el que producirá un efecto
beneficioso
Es el proceso mediante el cual se desinfecta el
lodo generando un producto similar al humus con uso posterior, preferiblemente
como mejorador de suelos.
El proceso de compostaje es el siguiente:
·
Mezclar el lodo deshidratado con madera o
cortezas, para aumentar el contenido de sólidos, proveer carbono complementario
e incrementar la porosidad.
·
Se produce un calentamiento de lodo mezclado por
acción de las bacterias hasta que los organismos patógenos se destruyen
·
Airear la mezcla durante 15 o 30 días mediante
paleo, o sopladores (si el compostaje es de tipo aerobio mecánico)
·
Tamizar para efectos de retirar los materiales
adicionados al lodo
Aplicación en el suelo
Tiene como fin mejorar las condiciones del suelo
para optimizar los fines agrícolas ya que la materia orgánica también
contribuye a la capacidad de intercambio catiónico del suelo permitiéndole
retener el potasio, el calcio y el magnesio.
Seleccionar el lugar para disponer los lodos es
una característica. Para ello se buscan suelos cenagosos, arenosos, en terrenos
con pendientes de hasta 15% cuando la utilización del lodo es agrícola, entre
tanto; si el lodo es para uso en silvicultura la pendiente del terreno donde se
debe aplicar no debe ser superior al 30%. Otras características del suelo son:
Permeabilidad moderada, pH del suelo de neutro a alcalino, drenado. El nivel
freático debe estar al menos a 1 m de profundidad.
DISPOSICIÓN FINAL
DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA DE
DISPOSICIÓN FINAL UTILIZADA POR LA EMPRESA GESTORA
Los biosólidos pueden destinarse para los
siguientes usos según el decreto 1287
del 2014 “ Por el cual se
establecen criterios para el uso de los biosólidos generados en plantas de
tratamiento de aguas residuales municipales”
Categoría
A.
a. En zonas verdes tales como cementerios,
separadores viales, campos de golf y lotes vacíos.
b. Como producto para uso en áreas privadas
tales como jardines, antejardines, patios, plantas ornamentales y arborización.
c. En agricultura.
d. Los mismos usos de la Categoría B.
Categoría
B.
a. En agricultura, se aplicará al suelo.
b. En plantaciones forestales.
c. En la recuperación, restauración o
mejoramiento de suelos degradados.
d. Como insumo en procesos de elaboración de
abonos o fertilizantes orgánicos o productos acondicionadores para suelos a
través de tratamientos físicos, químicos y biológicos que modifiquen su calidad
original. Los procesos de elaboración y características de los productos
finales y su uso, queda sujeto a la regulación establecida por el ICA. '.
e. Para remediación de suelos contaminados,
lechos biológicos para el tratamiento de emisiones y vertimientos, soporte
físico y sustrato biológico en sistemas de ' filtración. Absorción y adsorción.
.
f. Como insumo en la fabricación de materiales
de construcción.
g. En la estabilización de taludes de
proyectos de la red vial nacional, red vial. secundaria o terciaria.
h. En la operación de rellenos sanitarios como: cobertura diaria, cobertura final de cierre y de clausura de
plataformas y en actividades de revegetalización y paisajismo.
i. Actividades de revegetalización y
paisajismo de escombreras.
j. En procesos de valorización energética.
Beneficios ambientales
·
Reducción
de sólidos a rellenos sanitarios
·
Retorno de
materia orgánica al suelo
·
Provee el
desarrollo de alternativas de valor añadido
Determinación de la tasa anual de
aplicación de biosólidos.
El procedimiento para determinar la Tasa Anual
de Aplicación de Biosólidos (TAAB) se describe a continuación.
1.
Analizar una muestra de los
biosólidos para determinar la concentración de cada uno de las variables que
figuran en la tabla No 3 del presente decreto.
2.
·Usando las concentraciones de
contaminantes del paso 1 y la TMAA de la Tabla No 3, calcular la T AAB para
cada contaminante utilizando la ecuación (1).
3.
La T AAB para el uso del biosólidos,
es la T AAB más baja calculada en el Paso 2.
La relación entre la TMAA para un parámetro y
la TAAB para alguna categoría de biosólido, se muestra en la ecuación 1.
TMAA
TAAB = c * 0,001
Donde:
TMAA: Es la Tasa Máxima de Aplicación Anual del parámetro en Kilogramos por
hectárea por año (Tabla 3).
C: Concentración del parámetro en Miligramos (parámetro) por Kilogramo (biosólidos).
TAAB: Tasa Anual de Aplicación de Biosólidos en toneladas por hectárea por
año (ton/ha -año).
0,001: Factor de conversión.
