SERIE AUTODIDCTICA DE MEDICIN DE LA CALIDAD DEL

SERIE AUTODIDÁCTICA DE MEDICIÓN DE LA CALIDAD DEL AGUA, SEGUNDA PARTE Identificación de sistemas de tratamiento de lodos residuales Autores: Lina Cardoso Vigueros Antonio Ramírez González Revisores: Irma Laura Medina Salazar Luis Miguel Rivera Chávez Editor César G. Calderón Mólgora Presentación: Silvia Mendoza Vergara SUBDIRECCIÓN GENERAL DE ADMINISTRACIÓN DEL AGUA (CNA) COORDINACIÓN DE TRATAMIENTO Y CALIDAD DEL AGUA (IMTA) SIGUIENTE

Esta presentación está organizada con base en hipervínculos, por ello es necesario navegar a través de ella utilizando los botones activos al calce de las diapositivas o las palabras u oraciones subrayadas. Mueva el cursor hasta el botón activo o a la palabra subrayada y pulse el botón izquierdo del ratón. ANTERIOR SIGUIENTE

¿Para quién? Este manual se dirige a los especialistas técnicos de las brigadas de inspección y verificación quienes se encargan del muestreo de las descargas de los usuarios en aguas nacionales. ¿Para qué? Este manual se elaboró con el fin de proporcionar al usuario los fundamentos para describir el principio de funcionamiento de los sistemas de tratamiento de lodos residuales, así como para identificar los diferentes procesos mediante los cuales se lleva a cabo el tratamiento y disposición de lodos residuales. ANTERIOR SIGUIENTE

CONTENIDO Identificación de sistemas de tratamiento de lodos residuales 1. Naturaleza de los lodos 2. Métodos de espesamiento 3. Métodos de estabilización 4. Métodos de deshidratación o secado 5. Disposición final o aprovechamiento ANTERIOR SALIR

1. Naturaleza de los lodos residuales MENU PRINCIPAL SIGUIENTE

De acuerdo con el tren de tratamiento de lodos generados estos se clasifican en: q Primarios q Secundarios q Lodos mixtos q Lodos químicos ANTERIOR SIGUIENTE

Cribado Sedimentador primario Sedimentador secundario Desinfección Lodo primario Reactor biológico Lodo secundario Tratamiento de lodos 1. 1 Esquema de una planta de tratamiento secundario incluyendo el tratamiento de lodos. ANTERIOR SIGUIENTE

Lodos Primarios Aquellos que se extraen de sedimentadores primarios. Consisten principalmente en arena fina, inorgánicos y sólidos orgánicos. ANTERIOR SIGUIENTE

Lodos Secundarios Lodos en exceso generados en tratamiento secundario biológico. Consisten en lodos biológicos, resultado de la conversión de productos de desechos solubles de efluentes primarios y partículas que escapan al tratamiento primario. ANTERIOR SIGUIENTE

Lodos Mixtos Son la combinación de lodos primarios y secundarios, que tendrán propiedades aproximadamente proporcionales a la respectiva composición de cada tipo. ANTERIOR SIGUIENTE

Lodos Químicos Resultan cuando se agregan sales de aluminio o fierro y/o cal, en tratamiento de agua residual para mejorar la remoción de los sólidos suspendidos o para precipitar algún elemento de cada tipo. ANTERIOR SIGUIENTE

1. 1 Composición general de lodos residuales ANTERIOR SIGUIENTE

Las características específicas o parámetros de interés en los lodos están determinados por el tipo de proceso que se utilizará para su tratamiento. Parámetros de interés Tratamiento Importantes en el control del Medida de p. H, alcalinidad y proceso de digestión contenido de ácidos anaerobia. orgánicos. Tienen que determinarse Contenido de metales cuando se considera la pesados, pesticidas e incineración y aplicación en hidrocarburos suelos Contenido de energía ANTERIOR Es importante si se contempla un proceso de reducción térmica SIGUIENTE

Composición química y propiedades de lodos sin tratar y digeridos Concepto Lodos primarios sin tratar Rango Típico Sólidos totales secos (%ST) Sólidos volátiles (% de ST) Lodos primarios digeridos Rango Típico Lodos secundarios crudos. Rango 2. 0 -8. 0 5. 0 6. 0 -12. 0 10. 0 0. 83 -1. 16 60 -80 65 30 -60 40 59 -88 Aceites y grasas (% de ST) Solubles en éter Extractos de éter 6 -30 7 -35 - 5 -20 - 18 - 5 -12 Proteínas (% de ST) 20 -30 25 15 -20 18 32 -41 Nitrógeno (N, % de ST) 1. 5 -4 2. 5 1. 6 -6. 0 3. 0 2. 4 -5. 0 Fósforo (P 2 O 5, % de ST) 0. 8 -2. 8 1. 6 1. 5 -4. 0 2. 5 2. 8 -11. 0 ANTERIOR SIGUIENTE

Tabla 1. 1 Composición química y propiedades de lodos sin tratar y digeridos (continuación) Lodos primarios sin tratar Concepto Lodos primarios digeridos Lodos secundarios Rango Típico crudos. Rango 0 -1 0. 4 0. 0 -3. 0 1. 0 0. 5 -0. 7 Celulosa (% de TS) 8. 0 -15. 0 10. 0 - Hierro sulfato) 2. 0 -4. 0 2. 5 3. 0 -8. 0 4. 0 - 15. 0 -20. 0 - 10. 0 -20. 0 - - 5. 0 -8. 0 6. 5 -7. 5 7. 0 6. 5 -8. 0 Potasio (K 2 O, % de ST) (no como Silicio (Si. O 2, % de ST) p. H ANTERIOR SIGUIENTE

Tabla 1. 1 Composición química y propiedades de lodos sin tratar y digeridos (final). Lodos primarios sin tratar Lodos primarios digeridos Concepto Alcalinidad (mg/L como Ca. CO 3) Ácidos orgánicos (mg/L como HAc) Rango Típico 500 -1, 500 600 2, 500 -3, 500 3, 000 200 -2, 000 580 -1, 100 -600 200 Contenido de energía, k. J ST/kg Lodos secundarios crudos. Rango 1, 100 -1, 700 23, 00029, 000 ANTERIOR 25, 000 9, 00014, 000 SIGUIENTE 12, 000 19, 00023, 000

1. 2 Constituyentes específicos ANTERIOR SIGUIENTE

Las características de los lodos que afectan su aptitud para la aplicación en suelos y usos benéficos, incluyen contenido orgánico, nutrientes, patógenos, metales pesados y orgánicos tóxicos. El valor fertilizante del lodo se basa, principalmente, en el contenido de nitrógeno, fósforo y potasio. ANTERIOR SIGUIENTE

Tabla 1. 2 Concentraciones típicas de elementos en lodo estabilizado y comparación con fertilizante comercia. Nutrientes % Producto Fertilizantes Lodos biológicos estabilizados Nitrógeno Fósforo Potasio 5 10 10 3. 3 2. 3 0. 3 ANTERIOR SIGUIENTE

Los elementos traza son elementos químicos, en pequeñas cantidades, esenciales para plantas y animales, cuando están en concentraciones mayores se vuelven perjudiciales. Tal es el caso de los metales pesados. ANTERIOR SIGUIENTE

Tabla 1. 3 Concentraciones de metales pesados en lodos en una planta típica de aguas residuales. Sólidos secos, mg/kg Metal Arsénico Cadmio Cromo Cobalto Cobre Estaño Hierro Plomo Manganeso Mercurio Molibdeno Níquel Selenio Zinc intervalo 1. 1 – 230 1 – 3, 410 10 – 99, 000 11. 3 – 2, 490 84 – 17, 000 2. 6 – 329 1, 000 – 154, 000 16 – 26, 000 32 – 9, 870 0. 6 – 54 0. 1 – 214 2 – 5, 300 1. 7 – 17. 2 101 – 49, 000 ANTERIOR SIGUIENTE Media 10 10 500 30 800 14 17, 000 500 260 6 4 80 5 1700

1. 3 Características físicas de los lodos ANTERIOR SIGUIENTE

Los lodos de purga son una mezcla de sólidos sedimentables y agua, las concentraciones son variables dependiendo del tipo de lodo (primario, secundario, mixto o químico). ANTERIOR SIGUIENTE

Tabla 1. 4 Concentración típica de diferentes tipos de lodos. Concentración de sólidos % de sólidos (peso seco) Tipo de lodo Intervalo Primario + purga de lodo activado. Primario + purga de filtro percolador. Primario avanzado (con cloruro férrico). Primario avanzado (con cal en baja concentración). Primario avanzado (con cal en alta concentración). Lodo activado convencional (después de sedimentador primario). Filtro percolador (después del sedimentador primario). Disco biológico (Después de sedimentación primaria). ANTERIOR SIGUIENTE Concentración típica 5. 0 – 9. 0 3. 0 – 8. 0 4. 0 – 9. 0 0. 5 – 3. 0 2. 0 – 8. 0 4. 0 – 10. 0 0. 5 – 1. 5 6. 0 4. 0 5. 0 2. 0 4. 0 8. 0 0. 8 1. 0 – 3. 0 1. 5

El contenido de agua en los lodos es muy grande (94 a 98. 5 %), por lo tanto es necesario concentrar más los sólidos antes de estabilizarlos; para ello espesamiento MENU PRINCIPAL SIGUIENTE se aplica el

2. Métodos de espesamiento MENU PRINCIPAL SIGUIENTE

Espesamiento Procedimiento utilizado para incrementar el contenido de sólidos de lodos por unidad de volumen, es decir para concentrar lodos y remover una parte del líquido. ANTERIOR SIGUIENTE

Métodos comunes de espesamiento ANTERIOR • Gravedad • Flotación • Centrifugación • Filtro banda • Tambor rotatorio SIGUIENTE

Tabla 2. 1 Aplicación de los diferentes métodos de espesamiento para lodos residuales. Método Gravedad Tipo de lodo Primario crudo. Frecuencia de uso y éxito relativo Comúnmente usado con excelentes Primario crudo y resultados. purga de lodos A menudo usado. Para pequeñas activados. Purga de plantas, con buenos resultados con lodos concentraciones de lodos en el rango de activados. 4 a 6%. Para grandes plantas, los resultados son marginales. Rara vez usado; concentración pobre de sólidos (2 a 3%). ANTERIOR SIGUIENTE

Tabla 2. 1 Aplicación de los diferentes métodos de espesamiento para lodos residuales (continuación). Método Tipo de lodo Frecuencia de uso y éxito relativo Flotación con Primario sin tratamiento Algunos usos limitados; resultados aire disuelto. y purga de lodos parecidos activados. gravedad. Purga de lodos Comúnmente activados. resultados (3. 5 a 5% de concentración de sólidos). ANTERIOR SIGUIENTE al espesamiento usados; por buenos

Tabla 2. 1 Aplicación de los diferentes métodos de espesamiento para lodos residuales (final). Método Tipo de lodo Frecuencia de uso y éxito relativo De canasta Purga centrífuga De lodos Usos limitados; excelentes resultados activados. tazón Purga centrífugo. Filtro de (8 a 10% de concentración de sólidos). de lodos Aumentando; buenos resultados (4 a activados. banda Purga 6% de concentración de sólidos). de (gravedad) activados. Tambor rotatorio Purga lodos Aumentando; buenos resultados (3 a 6% de concentración de sólidos). de lodos Uso limitado; buenos resultados (5 a activados. ANTERIOR 9% de concentración de sólidos). SIGUIENTE

Espesamiento por gravedad ANTERIOR SIGUIENTE

• Se realiza en un tanque similar a uno de sedimentación, circular. • El lodo diluido es conducido a un pozo de alimentación. • El lodo alimentado sedimenta u compacta, es retirado por el fondo del mismo tanque. ANTERIOR SIGUIENTE

Figura 2. 1 Espesador de lodos por gravedad. ANTERIOR SIGUIENTE

Algunos espesadores por gravedad. ANTERIOR SIGUIENTE

Espesador por gravedad. ANTERIOR SIGUIENTE

• Mecanismos de recolección: en rastras mecánicas para agitar los lodos y acelerara la sedimentación • El sobrante es conducido hacia el sedimentador primario. ANTERIOR SIGUIENTE

Espesamiento por flotación con aire disuelto ANTERIOR SIGUIENTE

• El aire es introducido en solución con presión elevada. • Cuando es despresurizada es liberado como burbujas finas que empujan al lodo a la superficie donde es removido. Este método es usado para lodos de deshecho o purga de procesos de tratamiento biológico ANTERIOR SIGUIENTE

Lodo espesado. Efluente Tanque de flotación Mezcla Tanque de mezclado (polímeros). Válvula reguladora de presión. Aire Tanque de Presión Bomba dosificadora. Recirculación Influente Bomba para presurizar. Figura 2. 2 Diagrama de un espesador por aire disuelto. ANTERIOR SIGUIENTE

Figura 2. 3 Equipo de flotación por aire disuelto de lodos. ANTERIOR SIGUIENTE

Espesadores por aire disuelto. ANTERIOR SIGUIENTE

Espesador por aire disuelto. ANTERIOR SIGUIENTE

Espesamiento centrífugo ANTERIOR SIGUIENTE

• Se utiliza en el espesamiento y secado de lodos. • Se limita a lodos activados de purga. • Involucra el almacenamiento de partículas bajo la influencia de fuerzas centrífugas. ANTERIOR SIGUIENTE

Centrífugas de tazones Tipos de centrífugas Centrífuga de canasta ANTERIOR SIGUIENTE

Centrífugas de tazones El lodo se alimenta en forma continua y los sólidos se concentran en la periferia. Un tornillo helicoidal mueve los lodos acumulados hacia el extremo reducido donde ocurre una concentración adicional de sólidos. El lodo es descargado fuera de la centrífuga ANTERIOR SIGUIENTE

Figura 2. 4 Centrífuga de tazones. ANTERIOR SIGUIENTE

Centrífugas de tazones. ANTERIOR SIGUIENTE

Centrífugas de canasta. El lodo líquido es introducido hacia un tazón giratorio montado verticalmente. Los sólidos se acumulan contra la pared del tazón y el centrado es decantado. Cuando la capacidad de remoción de sólidos se ha conseguido, el tazón se desacelera, un mecanismo es posicionado en el tazón para ayudar a remover sólidos acumulados ANTERIOR SIGUIENTE

Centrífugas de canasta ANTERIOR SIGUIENTE

Espesamiento en filtro banda de gravedad ANTERIOR SIGUIENTE

• Se generó para el secado de lodos. • El espesamiento efectivo ocurre en la sección de drenaje por gravedad de la banda. • El lodo es acondicionado con polímeros, alimenta a una caja de distribución. • La caja reparte el lodo a lo ancho de la banda movible. ANTERIOR SIGUIENTE

Figura 2. 5 Diagrama de un filtro banda de gravedad ANTERIOR SIGUIENTE

• El lodo se amontona y es dividido por una serie de hojas a lo largo y ancho de la banda. • El agua liberada pasa a través de la banda. • El lodo espesado es vaciado en el extremo del equipo, la banda entra al ciclo de lavado ANTERIOR SIGUIENTE

Figura 2. 6 Espesador de lodos por banda de gravedad. ANTERIOR SIGUIENTE

Fotos de espesadores de banda por gravedad ANTERIOR SIGUIENTE

Espesamiento por tambores rotatorios ANTERIOR SIGUIENTE

• Subsistema acondicionado de lodos residuales y rejillas cilíndricas rotatorias o tambores. • En el primer tambor, el lodo diluido se mezcla con polímeros. Figura 2. 7 Espesador de tambor rotatorio. ANTERIOR SIGUIENTE

• El lodo acondicionado pasa a rejillas cilíndricas rotatorias, separando los sólidos floculados del agua. • El lodos espesado sale por un extremo de los tambores. • El agua separada cae a través de las mallas ANTERIOR SIGUIENTE

Diagrama explicativo y vista de un espesador de tambor rotatorio (Parkson corporation). ANTERIOR SIGUIENTE

3. Métodos de estabilización MENU PRINCIPAL SIGUIENTE

Los lodos tienen que ser estabilizados para reducir el contenido de microorganismos patógenos, disminuir o eliminar el potencial de putrefacción y evitar la generación de olores ofensivos. ANTERIOR SIGUIENTE

La estabilización consiste en reducir el contenido de sólidos suspendidos volátiles de los lodos a través de la oxidación biológica, la oxidación química o mediante la aplicación del calor. ANTERIOR SIGUIENTE

Los criterios más importantes para determinar si el sistema de estabilización funciona son dos: reducción de la materia orgánica y la reducción de microorganismos patógenos. ANTERIOR SIGUIENTE

La reducción de la materia orgánica (medida como SSV) es fácilmente aplicable a los procesos de digestión aerobia y anaerobia; no así al composteo ni a la estabilización con cal. ANTERIOR SIGUIENTE

La reducción de microorganismos patógenos que alcanza la digestión aerobia y anaerobia es cercana a los dos órdenes de magnitud (99%), siempre que se mantengan en el intervalo mesofílico; a temperaturas bajas el nivel de reducción disminuye. ANTERIOR SIGUIENTE

La reducción de microorganismos patógenos que alcanzan el composteo, la digestión aerobia autotérmica y la estabilización con cal pueden alcanzar cuatro órdenes de magnitud (99. 99%). ANTERIOR SIGUIENTE

Digestión anaerobia Tecnologías para estabilización de lodos residuales Digestión aerobia Composteo Estabilización con cal ANTERIOR SIGUIENTE

Digestión anaerobia ANTERIOR SIGUIENTE

Es la solubilización y fermentación de sustancias orgánicas complejas por microorganismos en la ausencia de oxígeno. Los productos de la digestión anaerobia son: Gases, células y lodos con una fracción mineral cercana al 60% (lodos estabilizados). ANTERIOR SIGUIENTE

Descripción del proceso Los digestores anaerobios son de dos tipos: a) De baja tasa b) De alta tasa El digestor consiste en un tanque cilíndrico con una pendiente hacia el fondo y bóveda techada. ANTERIOR SIGUIENTE

Digestión anaerobia Baja tasa ANTERIOR Alta tasa SIGUIENTE

Digestor de baja tasa El lodo se introduce al tanque, no hay sistema de Salida del gas mezclado, la estabilización se logra en condiciones estratificadas dentro del Nata Influente digestor. Sobrenadante Efluente El gas metano se acumula Lodo digerido en la bóveda, se extrae y se Figura 3. 1 Digestor anaerobio. ANTERIOR almacena para su uso. SIGUIENTE

Las natas se acumulan en el sobrenadante enviado al sedimentador primario. El lodo estabilizado sedimenta en el fondo del tanque y es conducido a la siguiente fase de tratamiento. ANTERIOR SIGUIENTE

Digestores de alta tasa Son operados en rangos de temperaturas mesofílicas y termofílicas, requieren un sistema de calefacción del lodo, deben de estar aislados del medio. Requieren de un mezclado para mantener una distribución uniforme del contenido, la alimentación debe de ser continua o por lotes en intervalos de 30 a 120 minutos. ANTERIOR SIGUIENTE

Salida del gas Influente Efluente Calefactor Figura 3. 1 Digestor anaerobio de alta tasa. ANTERIOR SIGUIENTE

Digestión anaerobia en dos etapas Es una extensión de tecnología de digestión de alta velocidad, divide las funciones de fermentación y separación de sólido-líquido en dos tanques en serie. ANTERIOR SIGUIENTE

Gas Sobrenadante Salida de lodo Entrada de lodo Salida de gas Lodo digerido Figura 3. 3 Digestión en dos etapas. El primer tanque es un sistema de estabilización de alta tasa. El segundo es para la fase de separación. ANTERIOR SIGUIENTE

Criterios de estabilización Un digestor típico de alta taza reducirá el contenido de sólidos volátiles del lodo entre 40 y 65 %. Calidad de gas: La producción de gas es directamente proporcional a la cantidad de sólidos volátiles eliminados. Se expresa como volumen de gas por unidad de masa de sólidos volátiles eliminados (m 3/kg. SV eliminado). ANTERIOR SIGUIENTE

Tabla 3. 1 Composición del biogás generado en los digestores anaerobios. Gas % en volumen Metano (CH 4) 55 – 75 Bióxido de carbono (CO 2) 25 – 45 Nitrógeno (N 2) 2 – 6 Hidrógeno (H 2) 0. 1 – 2 Ácido sulfhídrico (H 2 S) 1 – 1. 5 ANTERIOR SIGUIENTE

Tabla 3. 2 Características físicas y químicas promedio de lodos de un sistema digestor de dos etapas Componente Concentración, mg/La Lodo de alimentación Sobrenadante Lodo transferido Lodo estabilizado p. H 5. 7 7. 8 Alcalinidad 758 2 318 2 630 2 760 Ácidos volátiles 1 285 172 211 185 Sólidos totales 35 600 18 200 12 100 32 800 Sólidos mezclados 9 000 6 600 3 310 12 300 Carbohidratos 9 680 1 550 1 020 3 100 Grasas 8 310 2 075 1 321 3 490 Carbón 15 540 6 950 4 440 10 910 ANTERIOR SIGUIENTE

Tabla 3. 2 Características físicas y químicas promedio de lodos de un sistema digestor de dos etapas Componente Proteínas, Lodo de alimentación Sobrenadante Lodo transferido estabilizado 18 280 11 200 6 580 17 200 213 546 618 691 879 564 1 455 1 425 1 182 amoniacal como NH 3 Nitrógeno orgánico, como NH 3 Nitrógeno total, como NH 3 Lodo como gelatina Nitrógeno Concentración, mg/La 1 346 1549 ANTERIOR SIGUIENTE 2 146

Digestión aerobia ANTERIOR SIGUIENTE

Está basada en la respiración endógena, ocurre cuando hay poco sustrato disponible y continua la aeración de los lodos biológicos. Los microorganismos empiezan a consumir su propio protoplasma para obtenergía para reacciones de mantenimiento de las células. ANTERIOR SIGUIENTE

Proceso de digestión aerobia 1. - El tejido de la célula es oxidado a dióxido de carbono, agua y nitratos. 2. - Entre el 75 y 80 % del total de las células es oxidada. 3. - El 20 al 25 % restante no son biodegradables. ANTERIOR SIGUIENTE

Variantes del proceso de digestión • Digestión aerobia convencional • Digestión aerobia por oxígeno puro • Digestión aerobia termofílica autotérmica ANTERIOR SIGUIENTE

Composteo ANTERIOR SIGUIENTE

Composteo Es la descomposición biológica de material orgánico, puede llevarse a cabo en fase aerobia o anaerobia. La mayoría de las operaciones busca mantener las condiciones aerobias. ANTERIOR SIGUIENTE

Composteo El composteo aerobio es termofílico, la temperatura del proceso está en el intervalo de la pasterización (50 a 70ºC), y destruye organismos patógenos. ANTERIOR SIGUIENTE

Objetivos principales del composteo a) Convertir materia orgánica putrefacta a formas estabilizadas. b) Eliminación de patógenos. c) Reducción de la masa de la cantidad de lodo húmedo. ANTERIOR SIGUIENTE

1 Mezclado de lodos y agentes abultantes. Procesos fundamentales 2 Digestión aerobia termofílica. 3 Curado ANTERIOR SIGUIENTE

Mezclado homogéneo El lodo parcialmente secado se mezcla con un material acondicionador como el bagazo de caña, pedacería de madera u otros materiales orgánicos y porosos, con el fin de aumentar la porosidad, aumentar el contenido de sólidos un 40% y aumentar la relación carbono-nitrógeno entre 30: 1 y 40: 1. ANTERIOR SIGUIENTE

Digestión aerobia termofílica En esta etapa se realiza la estabilización del lodo por acción de los microorganismos termofílicos que elevan la temperatura por arriba de los 60ºC. Las condiciones aerobias se mantienen por aeración mecánica o forzada. ANTERIOR SIGUIENTE

El curado Es una extensión del proceso de composteo, la mezcla se quita del área de composteo, ya no requiere aeración, las temperaturas iniciales son mayores a 40ºC y después se estabilizan y se mantienen en el rango mesofílico. En esta etapa se asegura la completa estabilización de la composta y la remoción de tóxicos orgánicos. Tiene una duración de 30 días aproximadamente. ANTERIOR SIGUIENTE

Paleo mecánico Modalidades de mantenimiento en fase aerobia ANTERIOR Aeración forzada SIGUIENTE

Paleo mecánico Figura 3. 5 Aeración de composta por paleo mecánico. La masa del lodo es volteada mecánicamente con el uso de palas o trascabos. ANTERIOR SIGUIENTE

Paleo mecánico ANTERIOR SIGUIENTE

Paleo mecánico ANTERIOR SIGUIENTE

Aeración forzada Se aplica aire a la masa de lodos. Sistemas más complejos utilizan una combinación de estas dos técnicas. Figura 3. 6 Esquema de composteo con aeración forzada. ANTERIOR SIGUIENTE

Aeración forzada ANTERIOR SIGUIENTE

Aeración de lodos Estos sistemas tales como pilas estáticas y otros sistemas mecánicos dependen de la aereación de sopladores. ANTERIOR SIGUIENTE

Principales factores para una operación exitosa. • Humedad • Tamaño de partículas, porosidad y densidad de la mezcla • Temperatura • Relación carbono nitrógeno • p. H • Aeración ANTERIOR SIGUIENTE

Humedad Para asegurar un proceso adecuado, la mezcla lodo-material acondicionador deberá tener un porcentaje de humedad menor al 60%. A partir de ese límite, los poros son ocupados por el agua que evita la difusión del aire; se provoca la anaerobiosis, bajas temperaturas y mal olor. ANTERIOR SIGUIENTE

Tamaño de partículas, porosidad y densidad de la mezcla Para asegurar una mezcla homogénea se recomienda que las partículas no sean mayores que 10 o 15 cm. La densidad de la mezcla es una medida indirecta de la porosidad y debe ser 0. 6 ton/m 3 o menor. ANTERIOR SIGUIENTE

Temperatura • Influye en la tasa microorganismos. de crecimiento de los • Por otra parte, el calor húmedo es muy efectivo para destruir patógenos. • Inicialmente la temperatura oscila entre 25 y 40ºC, posteriormente, en la etapa termofílica, puede alcanzar hasta 80ºC si no se controla mediante la aeración o ventilación. • La temperatura, para el desarrollo óptimo del proceso se debe mantener entre 45 y 55 ºC ANTERIOR SIGUIENTE

Temperatura • La medición de la temperatura se debe realizar diariamente. • La longitud de los termopares debe ser de por lo menos 1 m para registrar el interior de las pilas. ANTERIOR SIGUIENTE

Relación carbono nitrógeno • La descomposición de los materiales de la pila está limitada por la cantidad de carbono y nitrógeno, la relación que se recomienda es de 30: 1 a 40: 1. ANTERIOR SIGUIENTE

p. H • El proceso se lleva a cabo eficientemente entre 5 y 8 unidades de p. H. • A p. Hs extremos (mayores que 11 o menores que 5) el proceso se retarda unos días pero no se detiene. • La composta madura tiene un p. H entre 6 y 8. ANTERIOR SIGUIENTE

Aeración • El oxígeno disponible es un factor escencial para la descomposición aerobia de los lodos. • La aeración se aplica de forma variable, en la fase mesofílica se aplica aire con menor frecuencia que en la etapa termofílica. • Para el lodo residual municipal los ciclos de ventilación son de 20 a 30 minutos. • La ventilación puede ser positiva (por inyección) o negativa (por succión). • Los ciclos de ventilación se pueden controlar por timers. ANTERIOR SIGUIENTE

Aeración • La aeración por volteo se lleva a cabo con un cargador frontal. • Durante el primer mes las pilas deben voltearse por lo menos dos veces por semana. ANTERIOR SIGUIENTE

Vermicomposteo Es el uso de lombrices para estabilizar la materia orgánica. Las lombrices de la especie Eisenia foetida comen el lodo residual y producen un residuo conocido como vermicomposta. Mediante este proceso es posible reducir a 100% los patógenos presentes en el lodo ANTERIOR SIGUIENTE

Fotos de las “obreras” del vermicomposteo. ANTERIOR SIGUIENTE

Estabilización con cal ANTERIOR SIGUIENTE

Ha sido usada para la reducción de olores en letrinas, acondicionador de lodos para secado, incrementar el p. H en digestores y para remoción de fósforos en tratamientos avanzados de aguas residuales. ANTERIOR SIGUIENTE

Procedimiento 1. - Agregar suficiente cal para elevar el p. H a 12 2. - Mantener ese nivel durante 2 horas 3. - Debe haber una alcalinidad residual para que el p. H no caiga por debajo de 11 en los siguientes días. ANTERIOR SIGUIENTE

Preestabilización con cal (Aplicación de cal antes de la deshidratación del lodo) Métodos de estabilización con cal Postestabilización con cal (Aplicación de cal cuando los lodos han sido deshidratados) ANTERIOR SIGUIENTE

4. Métodos de deshidratación o secado MENU PRINCIPAL SIGUIENTE

La deshidratación del lodo residual consiste en aumentar la concentración de los sólidos suspendidos dentro del líquido, de tal forma que modifique su estado y se comporte como una mezcla que se pueda apilar sin que pierda su forma. ANTERIOR SIGUIENTE

Los procesos de deshidratación requieren un acondicionamiento previo de los lodos. Implica la adición de sustancias químicas. ANTERIOR SIGUIENTE

Estáticos • Lechos de secado • Lagunas • Deshidratador centrífugo • Filtro prensa • Filtro banda • Filtro de vacío Métodos de deshidratación Mecánicos ANTERIOR SIGUIENTE

Métodos de deshidratación estáticos ANTERIOR SIGUIENTE

Lechos de secado La deshidratación natural de lodos se usa para reducir el contenido del agua de lodos. Una vez seco el lodo se retira y se deposita en vertederos controlados o se utiliza como acondicionador de suelos. ANTERIOR SIGUIENTE

Ventajas v v v Desventajas Costo inicial bajo para v Requiere plantas pequeñas superficies de terreno. Requerimientos mínimos de v Impacto del clima sobre el operación y capacitación. diseño. Bajo consumo de energía v Requerimiento eléctrica. estabilizado. v de lodo Molestia por olores o impacto visual. Tabla 4. 1 Ventajas y desventajas del método de lechos de secado. ANTERIOR grandes SIGUIENTE

Ventajas v Baja Desventajas sensibilidad a la v Numerosa mano de obra variabilidad del lodo. para la remoción de lodos v Bajo consumo de químicos. secos. v Alto contenido de sólidos en v Posible contaminación de la torta seca de lodos. aguas freáticas. v ANTERIOR Obtención de permisos. SIGUIENTE

En un lecho de secado convencional de arena, el lodo se deshidrata por drenaje a través de la masa de lodo y arena, y por evaporación desde la superficie expuesta al aire. El lecho de arena esta constituido por dos capas: • Una capa de grava • Una capa de arena. ANTERIOR SIGUIENTE

Tubería de alimentación Lodo líquido Muro o pared del lecho Loseta o placa disipadora Capa o lecho de gravilla Tubería de drenaje Capa o lecho de grava drenado Fig. 4. 1 Corte de un lecho de arena ANTERIOR SIGUIENTE

Lechos de secado en operación Estructura subyacente de lechos de secado ANTERIOR SIGUIENTE

Lechos de secado en operación ANTERIOR SIGUIENTE

Lagunas para la disposición de lodo líquido Son usadas para llevar el secado de lodos mediante procesos físicos de percolación y evaporación de lodo. ANTERIOR SIGUIENTE

Lagunas de lodos • Lagunas de evaporación • Lagunas aerobias facultativas • Lagunas anaerobias ANTERIOR SIGUIENTE

Lagunas de evaporación Se deben usar en lugares en los que la tasa de evaporación sea mayor a la tasa de precipitación anual. SIGUIENTE

Lagunas facultativas aerobias Se utilizan para lodos crudos. Su función es digerir los lodos y secarlos. Mantienen una capa de superficie aerobia libre de espumas o natas por medio de un mezclador de superficie que provee agitación y mezclado. La profundidad va de 3. 5 a 4. 7 m. SIGUIENTE

Lagunas anaerobias Estas lagunas se aplican a lodos crudos. La profundidad de estas es hasta 4. 6 mts. Sedimentan sólidos en el fondo, mantienen una capa de nata sobre la superficie de la misma SIGUIENTE

CRITERIOS DE DISEÑO PARA LAGUNAS DE LODO LÍQUIDO CRITERIOS LAGUNAS evaporación Anaerobia y facultativa Secado de lodo digerido 0. 60 m Disposición del lodo crudo MAXIMO NIVEL DE LÍQUIDO 3 0. 60 m a 1. 20 m 1 VENTAJAS Reducción del 45% S. V. Bajo consumo energético. Desinfección. Económico. ANTERIOR LIMITACIONES Depende del clima. Área. Olor y vectores. Riesgo de contaminación subterránea. SIGUIENTE • Carga de sólidos. • Profundidad. • Área. • Agitación.

Laguna de lodos. ANTERIOR SIGUIENTE

Métodos de deshidratación mecánicos ANTERIOR SIGUIENTE

Deshidratación centrífuga de lodos residuales Este proceso utiliza la fuerza centrífuga creada en una vasija estacionaria para separar componentes inmiscibles basándose en su densidad. ANTERIOR SIGUIENTE

Las centrífugas separan el lodo en torta del lodo desaguado y líquido “centrifugado” clarificado. La separación está basada en la diferencia de densidad entre sólidos del lodo y líquido circundante. El proceso de desaguado es similar al proceso de clarificación por gravedad. ANTERIOR SIGUIENTE

Figura 4. 3 Centrífugas para el espesamiento y el deshidratado de lodos en una planta de tratamiento de aguas residuales. ANTERIOR SIGUIENTE

Centrífugas de tazones. ANTERIOR SIGUIENTE

Filtros prensa La filtración por presión separa los sólidos suspendidos en una lechada líquida utilizando un diferencial positivo de presión como fuerza motriz. ANTERIOR SIGUIENTE

Fig. 4. 4 Filtro prensa ANTERIOR SIGUIENTE

Filtros prensa. ANTERIOR SIGUIENTE

Filtros prensa. ANTERIOR SIGUIENTE

Filtros banda Los sistemas en uso utilizan bandas continuas montadas sobre las que se descarga y deshidrata el lodo. Las sequedades en filtros de banda oscilan entre el 16 y 26 %. Los filtros prensa tienen bandas movibles, sencillas para desaguar los lodos en forma continua. ANTERIOR SIGUIENTE

El lodo es desaguado a través de 3 etapas operativas: • Acondicionamiento químico de lodo influente. • Drenado por gravedad. • Etapa de compresión. La eficiencia de la filtración puede aumentarse por medio de la vibración de la banda. ANTERIOR SIGUIENTE

Un sistema de deshidratación con filtros prensa de banda puede obtener tortas de lodo con una concentración de sólidos de 13 a 35 %. Figura 4. 5 Filtro banda de prensa. ANTERIOR SIGUIENTE

Filtros prensa de banda. ANTERIOR SIGUIENTE

Filtro prensa de banda. ANTERIOR SIGUIENTE

Vista del lodo deshidratado a la salida de un filtro prensa de banda. ANTERIOR SIGUIENTE

Filtros de vacío La filtración al vacío es en general un proceso continuo, el abastecimiento constante de lodo produce una descarga continua de torta y de filtrado. Se requieren adicionar reactivos químicos como polímeros y cal para facilitar la deshidratación, la mayoría de los filtros de vacío emplean un tambor rotatorio con medio filtrante en su superficie. ANTERIOR SIGUIENTE

Fig. 4. 6 Filtro de vacío ANTERIOR SIGUIENTE

El sistema de filtro de vacío incluye una bomba de vacío y un receptor del vacío. El receptor del vacío es un tanque separa el filtrado del aire jalado por la bomba de vacío. Durante la etapa de secado de la torta. MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE

5. Disposición final o aprovechamiento MENU PRINCIPAL SIGUIENTE

En México se requiere de tecnología para la disposición y aprovechamiento de los lodos, en cuyo desarrollo y adaptación estén considerados los siguientes aspectos: • Reducción del volumen del lodo. • Eficiencia en la estabilización del componente orgánico. ANTERIOR SIGUIENTE

• Aprovechamiento de la materia orgánica y los nutrientes que contienen estos residuos. • Bajos costos de inversión, operación y mantenimiento ANTERIOR SIGUIENTE

5. 1 Disposición final en rellenos sanitarios ANTERIOR SIGUIENTE

Cuando los lodos después de someterse a un análisis CRETIB resultan residuos peligrosos, se deben disponer en un confinamiento controlado (ver el manual Características y efectos de los residuos peligrosos). Sin embargo, debido la carencia de infraestructura en el país para contener lo residuos peligrosos, la Secretaría autoriza la disposición en rellenos sanitarios. ANTERIOR SIGUIENTE

Ventilación de gases Control de escorrentía Capa de suelo para plantar vegetación Capa sellante Capa impermeable Recolección de lixiviado Capa permeable de protección Sistema de detección de lixiviados Revestimiento secundario Manto freático Fig. 5. 1 Esquema de los componentes de un relleno sanitario ANTERIOR SIGUIENTE Control de escorrentías no contaminadas Lixiviado a tratamiento Pozo de vigilancia Superficie final del relleno

Los rellenos sanitarios de lodos utilizan métodos para disponer desechos sólidos municipales, consideran características específicas, su alto contenido de humedad y variabilidad de sustancias contaminantes. ANTERIOR SIGUIENTE

Métodos para rellenos de lodos Trincheras Métodos de relleno Áreas a) angostas b) ancha a) montículos o pilas b) capas Métodos de co -disposición Lodo / basura Lodos / suelo ANTERIOR SIGUIENTE

Clausura del relleno sanitario Procedimiento por el cual el relleno se cierra y no se dispone más lodo dentro del mismo. A la capa final del relleno se coloca una barrera física que se coloca sobre el relleno de lodo, puede consistir en capas de suelo y geo – membranas que separen al lodo y cubrir la vegetación. ANTERIOR SIGUIENTE

Fig. 5. 6 Relleno sanitario en su etapa final. ANTERIOR SIGUIENTE

5. 2 Aprovechamiento de lodos residuales en agricultura ANTERIOR SIGUIENTE

El uso del lodo en agricultura es importante debido a que los lodos municipales tienen un gran contenido de nutrientes y materia orgánica. Por otra parte, la problemática del campo en México acerca del empobrecimiento del suelo por el uso agrícola intensivo, muestra al lodo como una alternativa para su uso en el acondicionamiento de suelo. ANTERIOR SIGUIENTE

Para promover el uso de lodos en México se ha generado una propuesta para una nueva norma en la que ya se considera a los lodos como biosólidos y no como residuos peligrosos (Proyecto de Norma Oficial Mexicana PROY-NOM-004 -ECOL-2001). ANTERIOR SIGUIENTE

El aprovechamiento del lodo es la acción de depositar de manera permanente lodos residuales en forma tal que se evite provocar daños al ambiente. Si el lodo recibió un tratamiento y cumple con las características de las tablas 5. 1 y 5. 2, entonces se puede aplicar como un biosólido en suelos agrícolas o forestales. ANTERIOR SIGUIENTE

CLASE PATÓGENOS Coliformes Fecales NMP/g Salmonella sp NMP/g A Menor que 1, 000 Menor que 3 B Menor que 2, 000 Menor que 300 PARÁSITOS Huevos de Helminto/g Menor de 10 Menor de 35 Tabla 5. 1 Límites máximos permisibles para patógenos y parásitos en lodos biosólidos ANTERIOR SIGUIENTE

CONTAMINANTES Excelente Bueno (determinados en forma total) mg/kg de lodo en base seca Arsénico 41 75 Cadmio 39 85 Cromo 1, 200 3, 000 Cobre 1, 500 4, 300 Plomo 300 840 Mercurio 17 57 Níquel 420 2, 800 7, 500 Zinc Tabla 5. 2 Límites máximos permisibles para metales pesados en lodos o biosólidos ANTERIOR SIGUIENTE

Tratamientos para obtener lodos clase A y clase B. ANTERIOR SIGUIENTE

LODO RESIDUAL Digestión ·Aerobia ·Anaerobia ·Alcalina Deshidratación Uso restringido Lodo clase B Procesos termofílicos > 55ºC Distribución en el mercado: uso sin restricciones lodo clase A ·Lechos de secado ·Filtros prensa ·Centrífugas Figura 5. 7. Tratamientos para obtener lodos clase A y clase B. ANTERIOR SIGUIENTE

La disposición de los biosólidos dependerá del método de estabilización y de la concentración de sólidos. En otros métodos, la concentración de sólidos no permite su manejo como un fluido y por lo mismo se tendrá que aplicar en otra forma. ANTERIOR SIGUIENTE

Métodos de aplicación La aplicación de los lodos en el suelo dependerá de la concentración de sólidos. Por ejemplo, un lodo líquido se puede disponer a través de pipas con un sistema de inyección con mangueras (figura 5. 8). Un lodo sólido se debe aplicar directamente en el suelo como un abono, con ayuda de un tractor (figura 5. 9). ANTERIOR SIGUIENTE

Figura 5. 8 Aplicación de biosólidos a través de carro Figura 5. 9 Aplicación de lodo con tractor. ANTERIOR SIGUIENTE

Aplicación de lodos en la agricultura. ANTERIOR SIGUIENTE

Biosólidos aplicados en un terreno agrícola. MENU PRINCIPAL ANTERIOR SIGUIENTE

Digestión aerobia convencional Utiliza tanques abiertos a la atmósfera en los cuales se aplica aire a los lodos espesados, la forma de aplicación del aire es por medios mecánicos (propelas o turbinas) o mediante difusores. Figura 3. 4 Tanque de digestión aerobia convencional. SIGUIENTE

Digestión aerobia convencional Digestor con aeración por difusión. ANTERIOR SIGUIENTE

Digestión aerobia por oxígeno puro Tanques abiertos a la atmósfera Modalidades Tanques cerrados SIGUIENTE

Tanques abiertos El oxígeno se inyecta a través de difusores especiales que producen microburbujas, no llegan a la interfase agua-atmósfera, se disuelven antes de llegar a este límite. ANTERIOR SIGUIENTE

Tanques cerrados Se mantiene una atmósfera de oxígeno puro, el oxígeno se transfiere a través de aereadores mecánicos, el sistema no se ve afectado por la temperatura exterior. ANTERIOR SIGUIENTE

Digestión aerobia termofílica autotérmica • Utiliza tanques cubiertos y aislados para conservar el calor generado por la oxidación de sólidos volátiles durante la digestión. • Temperaturas de operación entre 55 y 70º C. • Suministro de oxígeno: por inyección de aire, por difusores o por oxígeno puro. • Contar con aereadores o agitadores mecánicos. SIGUIENTE

Volumen de los tanques y tiempo de retención Se obtiene del 40 al 45 % de reducción de sólidos volátiles en rangos de 10 a 12 días para temperaturas de 20ºC. La digestión aerobia termofílica autotérmica requiere de 5 a 6 días. ANTERIOR SIGUIENTE

Trincheras Se forman excavando un área o superficie que se rellena con lodo, quedando enterrado, tiene una supuerficie de amortiguamiento entre el fondo de la trinchera y nivel freático. SIGUIENTE

Angostas (menos de 3 metros) Tipos de trincheras Anchas (más de 3 metros ) ANTERIOR SIGUIENTE

Fig. 5. 3 Operación de una trinchera angosta ANTERIOR SIGUIENTE

Fig. 5. 4 Operación de una trinchera ancha con diques divisores ANTERIOR SIGUIENTE

Método de área El lodo se deposita sobre el suelo, no se requiere excavación. El contenido de sólido en lodo debe ser mayor de 20 %, las áreas de relleno carecen de paredes de contención que tiene las trincheras y el lodo debe soportar el tránsito del equipo. Requieren impermeabilización natural o sintética. SIGUIENTE

Requiere de sistemas para recolección de lixiviados del lodo y del agua de lluvia. Métodos básicos para llenado de áreas. • • • Pilas Capas o construyendo Diques ANTERIOR SIGUIENTE

Fig. 5. 5 método de área. ANTERIOR SIGUIENTE

Fig. 5. 5 método de área. ANTERIOR SIGUIENTE

Co – disposición El lodo puede disponerse junto con desechos sólidos municipales en los rellenos. Métodos típicos de co- disposición • Lodo + desechos sólido • Lodo + suelo SIGUIENTE

Pre-estabilización con cal Se agrega cal a lodos Se agrega suficiente cal para espesados, se deja por lo elevar el p. H a 12, se deja por lo menos 2 horas. La menos 2 horas, la mezcla cantidad de cal es mayor a la con lodo con cal se aplica en requerida para el desaguado suelos agrícolas. de lodos, es muy sencillo continuar con la deshidratación. SIGUIENTE

Post-estabilización con cal • Considera la aplicación de cal una vez que el lodo ha sido deshidratado. • Se puede aplicar la cal en seco, no es necesario deshidratar al lodo. ANTERIOR SIGUIENTE

• El proceso se puede llevar con cal viva (Ca. O) o cal apagada (Ca. OH 2) • La reacción exotérmica contribuye a la inactivación de bacterias, virus y de huevos de helminto. ANTERIOR SIGUIENTE

Figura 3. 7 Diagrama de un sistema de postestabilización con cal. ANTERIOR SIGUIENTE

Geomembrana colocada en el fondo de un relleno sanitario ULTIMA DIAPOSITIVA MOSTRADA