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MANEJO DE LODOS

INTRODUCCIÓN

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.

Tabla 3‑A: Características según el tipo de lodo y sus propiedades

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

Tabla 3‑B: Espesamiento de lodo por gravedad y cantidad de químicos para la mezcla

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

Ilustración 1: Descripción de espesamiento de lodos y decantación de sólidos

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.

Ilustración 2: Espesamiento por flotación para lodos activados en las industrias

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.

Tabla 3‑C: Dimensionamiento de los compartimientos L/hb-d

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.

Tabla 3‑D: Dimensionamiento de los digestores

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 NO_x, SO_x, 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.