TRATAMIENTO DE FANGOS -CIGEI SAC - ING. YURI DIAZ (2).ppt
-
Upload
alberto-saul -
Category
Documents
-
view
236 -
download
5
Transcript of TRATAMIENTO DE FANGOS -CIGEI SAC - ING. YURI DIAZ (2).ppt
DIAGRAMA DE LOS PROCESOS DETRATAMIENTO DE FANGO
OBJETIVO:
Describir las operaciones y procesos unitarios que se utilizan en el tratamiento de fangos, con las siguientes finalidades:
1.- Reducción de volumen2.- Estabilización3.- Textura adecuada
TRATAMIENTOY EVACUACIÓN DE FANGOS
PRINCIPALES ETAPAS:
1. PRETRATAMIENTO2. ESPESAMIENTO3. ESTABILIZACIÓN4. ACONDICIONAMIENTO5. DESINFECCIÓN
6. DESIDRATACION7. SECADO8. REDUCCIÓN TÉRMICA9. EVACUACIÓN FINAL
Dilaceración
Mezclado
Almacenamiento
Desarenado
PRETRATAMIENTO
Sólidos cortados en partículas pequeñas.
Homogenización, alimentación uniforme.
Evita variaciones de flujo.Permite acumulación de fangos.
Desarenadores de ciclón.
En tambor rotativo
Por gravedad
Por flotación
Por centrifugación
Por gravedad en banda
ESPESAMIENTO
Aire disuelto.Al vacío.Por dispersión al aire.
Centrífuga de cesta.Centrífuga de camisa maciza.
Aumenta el contendio de sólidos por eliminación de agua
ESTABILIZACIÓN
OBJETIVOS:
1. Reducir presencia de patógenos.2. Eliminar olores desagradables.3. Inhibir, reducir, o eliminar su potencial de putrefación.
Oxidación por cloro
Estabilización con cal
Tratamiento térmico
Digestión anaerobia
Digestión aerobia
Compostaje
ESTABILIZACIÓN
Pretratamiento y Postratamiento
Se calienta el fango a 260 °C a presiones de 2760 KN/m².
Es el proceso más utilizado.
Sirve para plantas pequeñas.
Degradación biológica de la M.O. hasta conseguir un producto final estable.
Acondiciona-miento químico
Elutriación
Tratamiento térmico
ACONDICIONAMIENTO
Objetivo: Mejora la característica de la desidratación de los fangos
Con adición de químicos se reduceLa humedad.
Mezcla íntimamente el fango con otro líquido para transferir ciertos componen-tes desde aquellos a este último.
Rompe la estructura del gel y destruye la afinidad del agua, logra estirilizar el fango.
Pasteurización
Almacenamiento a largo plazo
DESINFECCIÓN
Objetivo:Eliminar patógenos presentes en el fango líquidoy deshidratado.
A 70°C por 30 min.se inactiva cistos y huevos de parásitos.
Almacena fango digerido en lagunas excavadas para: almacenamiento y desinfección.Tiempo de desinfección: 60 días a 20°C 120 días a 4°C
Filtro de vacío
Filtro prensa
Filtro de banda horizontal
Centrífuga
Era de secado
Lagunas
DESHIDRATACIÓNObjetivo: Reduce el contenido de humedad del fango.
Placas volumen fijo.Placas volumen variable.
De camisa maciza De cesta
Convencionales de arena, pavimentadas,de medio artificial, por vacío.
Reemplaza a eras de secado.
Evaporador de efecto múltiple
Secado instantáneo
Secado por pulverización
Secado en horno rotativo
Secado en horno de pisos múltiples.
SECADO
Objetivo: Con aporte de calor auxiliar elimina la humedad del fango.
REDUCCIÓN TÉRMICA
OBJETIVOS:
1. Conversión total o parcial de sólidos orgánicos a productos finales oxidados como CO2 y H2O.2. Oxidación y volatilización parcial de sólidos orgánicos por pirólisis o combustión completa.
Incineración en hornos de pisos múltiples
Incineración en hornos de lechos fluidificados
Combustión instantánea
Co-incineración con residuos sólidos
reactor vertical de pozo profundo
Oxidación por vía húmeda
REDUCCIÓN TÉRMICA
Vertederos
Aplicación al suelo
Incineración
Lagunaje
Zonas específicas que cumple con las normas.
Uso agrícola, forestal, terrenos marginales,relleno para viviendas, acondicionamentosde suelos, etc.
Precisa de deshidratación previa.
Aplicable cuando se encuentra en zonas remotas.
EVACUACIÓN FINAL
DIAGRAMA DE LOS PROCESOS DEDIAGRAMA DE LOS PROCESOS DETRATAMIENTO DE FANGOTRATAMIENTO DE FANGO
PRETRATAMIENTO DESINFECCIÓN
ACONDICIONAMIENTO
ESTABILIZACIÓN
ESPESAMIENTO
Dilacerac.
Mezclado
Almacenam.
Desarenad.
Tambor R.
Gravedad
Flotación
Centrifugac.Grav..Banda
Oxid. Cloro
Con cal
Trat.Ternuco
Dig.Anaerob.
Dig.Aerobia
Compostaje
A. Químico
Elutriación
Trat.Ternuco
Pasteurizción
Almac-Plazo
DESHIDRATACION
Filtro Vacío
Filtro Prensa
F.Banda Horiz.
Centrifuga
Eras Secado
Lagunaje
Evap.Efec.Mult.
Sec.Instantan..
Sec.Pulveriz..
Horno Rotat.
H. Pisos Multip.
Inc.h.P.Multiples
Inc.Lec.Fluidif.
Combustión
Coincineración
Reactor vert.
Oxid.Vía Hum.
Vertedero
Aplic.Suelo
Recup.Terreno
Reutilizacion
SECADO REDUCCION TERMICA
EVACUACION FINAL
DESHIDRATACION
DIAGRAMA DE LOS PROCESOS DETRATAMIENTO DE FANGO
CONCLUSION
El conjunto de operaciones y procesos unitarios a escoger, dependerá de varios factores, siendo los principales los siguientes :
1. Composición del fango2. Destino final del fango3. Normas a cumplir 4. Disponibilidad financiera
PROCEDENCIA, PROCEDENCIA,
CANTIDADES Y CANTIDADES Y
CARACTERISTICAS DEL CARACTERISTICAS DEL
FANGOFANGO
INTRODUCCIÒNINTRODUCCIÒN El fango producido en las operaciones y procesos de tratamiento de las AR suele ser un líquido o un líquido semisòlido con un contenido de sòlidos, variable entre 0.25% y 12% en peso.
De los constituyentes eliminados en el tratamiento de AR, el fango es el de mayor volumen.
Los problemas derivados del manejo de los fangos son complejos debido a :
A.- El fango está formado, principalmente por las sustancias responsables del caràcter desagradable de las AR no tratadas.
B.- La fracciòn de fango a evacuar, generalmente en el tratamiento biològico está compuesta principalmente por MO, sujeta a procesos de descomposiciòn.
C.- Sòlo una pequeña parte del fango está compuesta por materia sòlida.
PROCEDENCIA, CANTIDAD Y PROCEDENCIA, CANTIDAD Y CARACTERISTICASCARACTERISTICAS
Para proyectar convenientemente las instalaciones para el tratamiento y evacuación del fango, es necesario conocer la procedencia, cantidad y características de los sólidos y del fango a tratar.
PROCEDENCIAPROCEDENCIA
La procedencia de los sòlidos y fangos producidos en las plantas de tratamiento varìa en funciòn del tipo de planta y del modo de explotaciòn, las principales fuentes son:
Fuente de sólidos y de fangos en el tratamiento de aguas residuales
Unidad Tipo de sólido o de fango Observaciones
Criba Sólido grueso Los sólidos removidos manual o mecánicamente.
Desarenadores Arena y espuma Se omite la remoción de espuma en desarenadores
Preaireaciòn Arena y espuma Se omite la remoción de espuma en Preaireaciòn.
Sedimentación Fango y espuma primarios La cantidad depende del tipo de AR afluente
primaria
Trat. Biológico Sólidos suspendidos SS son el resultado de la síntesis biológica de la MO.
Sedimentación Fango y espuma secundaria Remoción de espuma es exigido.
Secundaria.
Trat. de fangos Lodo, compost, cenizas El lodo obtenido depende de su origen y del proceso utilizado en su tratamiento
Caracteristicas:Caracteristicas:
Las características varían en función del origen de los sólidos y del fango, de la edad del fango, y del tipo de procesos a que se han sometido.
Fuente de sólidos y de fangos en el tratamiento de aguas residuales
Sólidos o fango Descripción
Residuos del desbaste Las basuras incluyen todo tipo de MO y MI de tamaño suficientemente grande para ser eliminado por rejas.
Arena Sólidos inorgánicos que sedimentan, pueden contener cantidades significativas de MO, especialmente aceites y grasas.
Espumas / grasa Material flotante puede incluir: grasas, aceites, jabones, residuos alimenticios, materiales plásticos, el peso especifico es alrededor de 0.95
.
Sólidos o fango Descripción
Fango primario El fango de los tanques de decantación primaria es generalmente gris y grasiento y en la mayoría de los casos produce un olor extremadamente molesto.
Fangos de Prec.química. Es generalmente de color oscuro, aunque la superficie puede ser roja si contiene mucho hierro, el fango con cal es gris marrón, el olor puede ser molestoso.
Fango activado De apariencia floculenta y color marrón, si el color es muy oscuro puede estar próximo a volverse séptico, si el color es más claro de lo normal puede estar poco aireado
Fango de filtros percoladores Humus de color parduzco, flocúlenlo y relativamente inodoro cuando está fresco, se digiere fácilmente.
Fango digerido (aerobio) Color marrón a marrón oscuro y apariencia floculenta, olor no es molestoso, se deshidrata fácilmente en eras de secado.
Fango digerido (anaerobio) De color marrón oscuro-negro y contiene cantidades excepcionalmente grandes de gas, cuando está totalmente digerido, no es molestoso siendo su olor relativamente débil.
Fango compostado De color marrón oscuro o negro, si está bien compostado su olor no es molestoso.
Liq. de fosas sépticas El fango de las fosas sépticas es negro, de olor molestoso a causa del sulfuro de hidrógeno y otros gases que desprende.
Composición generalComposición generalMuchos de los constituyentes químicos, incluidos los nutrientes son de de gran importancia a la hora de considerar la evacuación final del fango tratado y
del líquido extraído del fango durante su tratamiento.
En el caso de aplicación al terreno o incineración, es necesario determinar el contenido de metales pesados, pesticidas e hidrocarburos.
El contenido energético (térmico) del fango es importante en aquellos caso en los que se considere el uso de procesos de reducción térmica tales como la incineración.
Composiciòn quìmica tipica del fango crudo y digerido
Fango primario crudo Fango primario digerido
Características Intervalo Valor típico Intervalo Valor típico Fango activado
ST seco % 2 – 8 5 6 – 12 10 0.83 – 1.16
SV(%ST) 60 – 80 65 30 – 60 40 59 – 88
Grasa y aceite (%ST)
Solubles en eter 6 – 30 - 5 – 20 18 -
Proteinas (%ST) 20 – 30 25 15 – 20 18 32 – 41
(N % ST) 1.5 – 4 2.5 1.6 – 6.0 3.0 2.4 – 5.0 Fòsforo(P2O5 % ST) 0.8 – 2.8 1.6 1.5 – 4.0 2.5 2.8 – 11.0
Potasio (K2O %ST) 0 – 1 0.4 0.0 – 3.0 1.0 0.5 – 0.7
Celulosa (%ST) 8.0 – 15.0 10 8.0 – 15.0 10 -
Hierro 2.0 – 4.0 2.5 3.0 – 8.0 4.0 -
(SiO2 % ST) 15 – 20 - 10 – 20 - -
pH 5.0 – 8.0 6.0 6.5 – 7.5 7.0 6.5 – 8.0.
Alcalinidad (mg/l) 500 – 1500 600 2500-3500 3000 580 - 1100
Ac. Orgànicos (mg/l) 200-2000 500 100- 600 200 1100 - 1700
Poder calorìfico MJx104 /Kg(2.3-2.9) 2.5 0.9 – 1.3 1.1 1.8 – 2.3
Constituyentes específicosConstituyentes específicos Las características del fango que afectan a su actitud para la aplicación
para el terreno y usos beneficiosos incluye:
El contenido en materia orgánica (SV). Nutrientes. Patógenos. Metales. Compuestos orgánicos tóxicos.
El valor del fango como fertilizante se basa principalmente en su contenido de N, P, K.
Las concentraciones de metales pesados puede limitar la tasa de aplicación del fango al terreno y la vida útil del terreno.
Comparación entre los niveles de nutrientes de los Comparación entre los niveles de nutrientes de los fertilizantes comerciales y el fango de agua residual.fertilizantes comerciales y el fango de agua residual.
Nutrientes %
Nitrógeno Fósforo Potasio
Fertilizantes para usos
agrícolas típicos. * 5 10 10
Valores típicos para fangos
de agua residual estabilizados 3.3 2.3 0.3
* Las concentraciones de nutrientes pueden variar ampliamente en función de la demanda del terreno y de los cultivos.
Contenido típico de metales en el fango de ARContenido típico de metales en el fango de ARFango seco (mg/Kg)
Metal Intervalo Mediana
Arsénico 1.1 - 230 10
Cadmio 1 – 3410 10
Cromo 10 – 99000 500
Cobalto 1.3 – 2490 30
Cobre 84 – 17000 800
Hierro 1000 – 154000 17000
Plomo 13 – 26000 500
Manganeso 32 – 9870 260
Mercurio 0.6 – 56 6
Molibdeno 0.1 – 214 4
Nìquel 2 – 5300 80
Selenio 1.7 – 17.2 5
Estaño 2.6 – 329 14
Cinc 101 - 49000 1700
Datos típicos sobre las características físicas y las cantidades de Datos típicos sobre las características físicas y las cantidades de fango producido en diversos procesos de tratamiento de ARfango producido en diversos procesos de tratamiento de AR
Sólidos secos Kg/103 m3
Proceso de tratamiento
Peso especifico de los sólidos del fango
Peso especifico del fango
Intervalo Valor típico
Decantación primaria
1.4 1.02 110 – 170 150
Fango activado (en exceso)
1.25 1.005 70 – 95 83
Filtros percoladores (en
exceso)
1.45 1.025 60 – 95 70
Aireación prolongada (en
exceso)
1.30 1.015 83 – 120 95 a
Laguna aireada (en exceso)
1.30 1.001 83 – 120 95 a
Filtración 1.20 1.005 12 – 25 18
Eliminación de algas
1.20 1.005 12 - 25 18
Datos típicos sobre las características físicas y las cantidades de Datos típicos sobre las características físicas y las cantidades de fango producido en diversos procesos de tratamiento de ARfango producido en diversos procesos de tratamiento de AR
Sólidos secos Kg/103 m3
Proceso de tratamiento
Peso especifico de los sólidos del fango
Peso especifico del fango
Intervalo Valor típico
Adición de productos químicos a los clarificadores primarios para la eliminación de fósforo
Dosis baja de cal (350 – 500 mg/l)
1.9 1.04 240 – 415 300 b
Dosis alta de cal (800 – 1600 mg/l)
2.2 1.05 600 – 1300 800 b
Nitrificación con cultivo en suspensión
- - - - c
Desnitrificación con cultivo en suspensión
1.2 1.005 12 – 30 18
Filtros de desbaste 1.28 1.02 - - d
a Se supone que no existe tratamiento primario b Fango añadido al normalmente eliminado por decantación primaria c Despreciables d Incluido en la producción de fango de los procesos biológicos de tratamiento secundario
Características de los lodosCaracterísticas de los lodosProceso % humedad del lodo
Intervalo Típico
Sedimentación primaria 88 – 96 95
Filtro percolador 91 – 95 93
Precipitación química - 93
Lodos activados 90 – 93 92
Tanques sépticos - 93
Tanques Imhoff 90 – 95 90
Aireación prolongada 88 – 92 90
Lodo primario digerido anaerobiamente
90 – 95 93
Laguna aireada 88 – 92 90
Lodo primario digerido aeróbicamente
93 - 97 96
Relaciones peso - volumenRelaciones peso - volumen
El volumen del fango depende , principalmente de su contenido de agua y, sólo en una pequeña parte, de las características de la materia sólida.
OPERACIONES DE PRETRATAMIENTOOPERACIONES DE PRETRATAMIENTO
Para que un fango pueda ser alimentado a las instalaciones de tratamiento en forma constante y homogénea, es necesa- rio dilacerar, desarenar, mezclar y almacenar el fango.La mezcla y el almacenamiento pueden ser llevadas a cabo en una unidad única deseñada para cumplir ambas funcio- nes , o de forma separada en otros e- lementos de la planta de tratamiento.
A continuación describiré cada una de estas opera- ciones:
OPERACIONES DE PRETRATAMIENTOOPERACIONES DE PRETRATAMIENTO
•DILACERACION DEL FANGO:La dilaceración del fango es un proceso en el que los sólidos de gran tamaño contenidos en el fango son corta- dos o desmenuzados en partículas más pequeñas para evitar obturaciones y la formación de madejas en los equipos rota- torios Históricamente los dilaceradores han necesitado de mucho mantenimiento, pero los diseños modernos de baja velocidad han resultado ser mas flexibles y ofrecer mayor durabilidad, habien do mejoras en los diseños de los sella- dos y los cojinetes, cuchillas de aceros endurecidos sensores de sobrecarga, y mecanismos que invierten el sentido de ro- tación de las cuchillas para eliminar obstrucciones o en caso de no ser posible elimi- nar las obstruciones, desconectar la unidad.
OPERACIONES DE PRETRATAMIENTOOPERACIONES DE PRETRATAMIENTOPROCESOS QUE REQUIEREN LA DILACERACIÓN DEL FANGO
Proceso Objeto de la dilaceración •Bombeo con bombas Para prevenir la obturación de las bombas y
de cavidad progresiva y reducir el desgaste
•Centrífuags de camisa maciza Para prevenir la obturación de las bombas bas. Normalmente las unidades de camisa maciza de grandes dimensiones pueden trat- ar partículas mas grandes y no necesitar la dilacera ción de los sólidos.
•Filtros Prensa Para evitar la obturación del sistema de dis- tribución del fango, evitar que se produzcan enredos en los rodillos, y para conseguir una deshidratación mas uniforme.
•Tratamiento térmico Para prevenir la obturación de las bombasde alta velocidad y los intercambiadores de calor
•Oxidación con Cloro Para mejorar el contacto del cloro con las par tículas de fango.
OPERACIONES DE PRETRATAMIENTOOPERACIONES DE PRETRATAMIENTO
•DESARENADO DEL FANGO:En algunas plantas de tratamiento donde no se disponde de desarenadores antes de los decantadores primarios , o en las que las instalaciones de desarenado no son adecua das para el manejo de los caudales punta y las cargas punta de are -na, puede ser necesario desarenar el fango antes de proceder a su tratamiento. En los casos en los que se va a proceder al espesamiento del fango primario , es de buena práctica tener en cuenta la posiblidad del desarenado del mismo. El méto- do más efectivo de elimi- nar arenas del fango consiste en la aplicación de fuerzas centrífugas a una masa en movimiento para separar la arena del fango. Esto se consigue mediante el uso de des arenadores de ciclón, que son equipos que elementos móviles.
OPERACIONES DE PRETRATAMIENTOOPERACIONES DE PRETRATAMIENTO•DESARENADO DEL FANGO:El fango es aplicado tangencialmente a una zona de alimen- tación cilíndrica, lo cual induce una fuerza centrífuga. Las partículas de arena más pesadas se desplazan hacia la parte exterior del cilindro y se descargan a través de una sección cónica. El fango orgánico se extrae de la unidad a través de una salida diferente.La eficiencia del desarenador de ciclón depende de la pre- sión y de la concentración de materia orgánica del fango. Para conseguir un desarenado efectivo, el fango debe ser relativamente diluido. Cuanto mayor sea la concentración del fango, menor es el tamaño de las partículas susceptibles de ser eliminadas.
OPERACIONES DE PRETRATAMIENTOOPERACIONES DE PRETRATAMIENTO
En la siguiente tabla se muestra la relación entre la concentración del fango primario y la eficiencia de eliminación de partículas. Para aumeantar la concentración del fango, en los casos en los que se emplean desarenadores de ciclón, el fango desarenado se suele descargar a un espesador.
OPERACIONES DE PRETRATAMIENTOOPERACIONES DE PRETRATAMIENTO
Eficacia de eliminación de arenas en los hidrociclones para fangos primarios
Concentración del fango, % de sólidos totales Tamaño de la malla 1 150 2 100 3 65 4 28-35 Este cuadro rartifica el hecho de que cuanto mayor sea la concentración del fango, menor es el tamaño de las partículas susceptibles de ser eliminadas.
OPERACIONES DE PRETRATAMIENTOOPERACIONES DE PRETRATAMIENTOEl fango se genera en los procesos de tratamiento primario, sec undario y avanzado. El fango primario está formado por sólidos sedimentables exixtentes en el agua residual bruta. El fango sec undario está formado por sólidos biológicos y cantidades adicio nales de sólidos sedimentables. El fango generado en los proce sos de tratamiento avanzado puede estar formado por sólidos biológicos y sólidos de origen de origen químico. El fango se mezcla para conseguir aue la alimentación a los subsiguientes procesos operacionales de tratamiento sea un material uniforme sobre todo en los procesos de poco tiempo de retención como la deshidratación del fango, el tratamiaento térmico,etc. El buen mezclado ayuda al buen funcionamiento y rendimiento de las plantas de tratamiento.
OPERACIONES DE PRETRATAMIENTOOPERACIONES DE PRETRATAMIENTO
El mezclado de los fangos primarios, secundarios y de los fangosgenerados en procesos de tratamiento avanzado, puede hacerse de distintas formas, mostradas a continuación:•En tanques de decantación primaria: Los fangos secundarios y terciarios se recirculan a los decantadores primarios para su mezcla y sedimentación. •En tuberías: Para asegurar un mezclado adecuado, teniendo el control en los puntos de generación y de la velodidad del fango para evitar grandes variaciones en la consistencia del mismo.•En instalaciones tratamiento de fangos que que procuran largos tiempos de detención: p. ej. Digestores anaerobios y aerobios de mezcla completa. •En un tanque de mezcla independiente: Este proporciona el mejor método de control de la calidad de los fangos mezclados.
OPERACIONES DE PRETRATAMIENTOOPERACIONES DE PRETRATAMIENTO
En plantas con capacidad inferior a 3800m³/d, el mezclado se suele realizar en decantadores primarios. La cantidad de lodo producido es variable y depende del proceso de tratamiento y de la concentración de las aguas residuales. En las instalaciones grandes la eficacia óptima se consigue espesando los fangoa en unidades independientes antes de proceder al mezclado, y para asegurar una mezcla adecuada los tanques de mezcla suelen estar equipados con mezcladores mecánicos y deflectores.
OPERACIONES DE PRETRATAMIENTOOPERACIONES DE PRETRATAMIENTO
El almacenamiento del fango se considera otra operación de pre tratamiento la cual debe realizarse para laminar las fluctuacion- es de la producción de fangos y permitir la acumulación de los mismos durante los períodos en los que las instalaciones de tra- tamiento subsiguientes se hallan fuera de servicio, y es particu- larmente en el caso de los procesos de estabilización con cal, tratamiento térmico, deshidratación mecánica, secado, y reduc- ción térmica, para los cuales es importante asegurar que la alim entación se lleve a cabo a caudal constante. El almacenamiento a corto plazo se puede realizar en los decantadores o en los espe sadores. El almacenamiento a largo plazo se puede realizar en los procesos de estabilización con largos tiem pos de detención o en tanques independientes especialmente diseñados.
OPERACIONES DE PRETRATAMIENTOOPERACIONES DE PRETRATAMIENTO
Estos tanques se pueden diseñar de modo que se consigan tiem-pos de residencia entre varias horas o varios días, aunque el al-macenamiento del lodo por períodos de dos o tres días provoca su deterioro y aumenta la dificultad del proceso de deshidratación.
En la pághina 903 del libro de Metcalf & Eddy se ilustra un ejemplo de cálculo del volumen necesario para el almacenamiento del fango.Tambien se puede hallar información referente al cálculo del volumen de almacenamiento para casos específicos en internet a traves del buscador “Googles”.-
INTRODUCCIONINTRODUCCIONUno de los principales problemas en el tratamiento de aguas y de aguas residuales es el relacionado con el tratamiento y disposición de lodos.
Con los procesos de depuración de aguas residuales, las aguas se han visto desprovistas de los sólidos en suspensión en dos etapas del proceso. En el tratamiento primario se produce por fenómenos meramente físicos una separación de parte de los sólidos debido a su densidad, en el tratamiento secundario parte de la materia orgánica ha sido metabolizada y transformada en materia viva, pero por acción de la floculación, se separan los floculos de materia orgánica, materia viva y materia inorgánica de los decantadores secundarios.
Realmente la contaminación de las aguas queda contenida en os fangos extraidos de los decantadores primarios y secundarios, por lo que es fundamental pensar en un tratamiento de lodos, pudiéndose determinar que en las plantas de tratamiento de aguas residuales el costo de tratamiento y disposición de lodos puede representar hasta un 50% del valor del tratamiento total.
TIPOS DE LODOSTIPOS DE LODOSLos lodos que se producen en los procesos de tratamiento de aguas son principalmente los siguientes:
Lodo primario proveniente de la sedimentación de aguasresiduales.
• Lodo secundario proveniente del tratamiento biológico de aguas residuales.
• Lodos digeridos provenientes de las dos anteriores, separados o mezclados.
• Lodos provenientes de la coagulación y sedimentación de aguas y aguas residuales.
• Lodos provenientes de plantas de ablandamiento.• Lodos provenientes de desarenadores y rejillas
CARACTERISTICAS DE LOS CARACTERISTICAS DE LOS LODOSLODOS
Todos los lodos crudos tienen un contenido bajo de sólidos de 1- 6%: por ello, la disposición de su pequeño contenido de sólidos requiere el manejo de un gran volumen de lodo. El problema principal en el tratamiento de lodos radica, por tanto, en concentran los sólidos mediante la máxima remoción posible de agua y en reducir su contenido orgánico.
En la tabla #1 se dan valores típicos de las cantidades y características de los lodos producidos por diferentes procesos de tratamiento para aguas residuales:
ESPESAMIENTOESPESAMIENTO
El espesamiento es generalmente, la primera etapa del tratamiento de lodos y es un procedimiento físico que se emplea para aumentar el contenido de sólidos del lodo por eliminación de parte de la fracción liquido del mismo.
OBJETIVO DEL ESPESAMIENTOOBJETIVO DEL ESPESAMIENTO
El Objetivo de los espesadores es separar las dos fases (sólido y agua) de forma efectiva, aumentando las concentraciones de sólidos, de manera que los volúmenes sean menores, la manipulación y disposición final sea más fácil
VENTAJAS DEL VENTAJAS DEL ESPESAMIENTOESPESAMIENTO
Las principales ventajas son las siguientes:
• La reducción de volumen por espesamiento beneficia a los procesos siguientes como la digestión Aerobia o Anaerobia, la deshidratación, el secado y la combustión.Reduce el volumen de lodo por lo tanto los equipos necesarios para el tratamiento
• Reduce la cantidad de reactivos necesarios para el acondicionamiento de lodos.
• Reduce la cantidad de calor requerido por los digestores.Cuando el fango debe ser transportando a otro lugar, el espesamiento reduce el costo de bombeo y las dimensiones de las tuberias.
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA FACTORES QUE INFLUYEN EN LA SELECCIÓN DE UN SISTEMA SELECCIÓN DE UN SISTEMA
ESPECIFICO DE TRATAMIENTO POR ESPECIFICO DE TRATAMIENTO POR ESPESAMIENTOESPESAMIENTO
El tipo de unidades de espesamiento de lodos a utilizar esta directamente relacionada con las características de los fangos a tratar.
Los factores físico, químicos y biológicos del lodo influyen de manera determinante en la aplicación de uno u otro sistema de espesamiento, así como en las condiciones de operación de los mismos.
LOS PRINCIPALES FACTORES SON:LOS PRINCIPALES FACTORES SON:
Tamaño y forma de las partículas sólidas Viscosidad y Temperatura Septicidad y oxigeno disuelto Carga electrica natural o potencial Z Tendencia de biofloculación Agua ocluida
SISTEMAS DE ESPESAMIENTO SISTEMAS DE ESPESAMIENTO MAS UTILIZADOSMAS UTILIZADOS
Los sistemas de espesamiento más utilizados son:
Espesamiento por gravedad
Espesamiento por flotación mediante aire disuelto
Espesamiento por centrifugación continua
Espesamiento mediante un tambor rotativo
ESPESAMIENTO POR ESPESAMIENTO POR GRAVEDADGRAVEDAD
El espesado por gravedad se lleva a cabo en un tanque de diseño similar al de un tanque de sedimentación convencional. Normalmente se emplean tanques circulares. El lodo diluido se conduce a una cámara de alimentación central. El lodo alimentado sedimenta y compacta y el fango espesado se extrae por la parte inferior del tanque. Los mecanismos de recogida de lodos convencionales consisten en dispositivos dotados dos de rascadores profundo o piquetes verticales que remueven el lodo lentamente, promoviendo la apertura de canales para proporcionar salida al agua y favoreciendo la compactación. El sobrenadante que se origina retorna al decantador primario.
El lodo espesado que se recoge en el fondo del tanque se bombea a los digestores o equipos de deshidratación en función de las necesidades, por lo que se requiere de un tanque de almacenamiento. Normalmente el espesado por gravedad resulta mas efectivo en el tratamiento de fango primario.
FACTORES QUE DETERMINAN EL FACTORES QUE DETERMINAN EL FUNCIONAMIENTO DE UNA UNIDAD DE FUNCIONAMIENTO DE UNA UNIDAD DE
ESPESAMIENTO POR GRAVEDADESPESAMIENTO POR GRAVEDAD
Origen y características de los fangosNaturaleza d e la floculaciónCarga de sólidos sobre el espesadorTiempo de retención de sólidos en la zona de espesamientoProfundidad del manto de lodosTiempo de retención hidráulicoForma y pendiente del espesadorInducción de velocidades originada por la purga.Caudal de purgaSistema de alimentación.
PRINCIPALES PARAMETROS DE DISEÑO PARA PRINCIPALES PARAMETROS DE DISEÑO PARA ESPESADORES POR GRAVEDADESPESADORES POR GRAVEDAD
CARGA DE SOLIDOS
SIN ESPESAR ESPESADO Kg/m2.día
Fango primario 2.5 - 5.5 8 - 10 100 - 150Fango lecho bacteriano 4 - 7 7 - 9 40 - 50Fangos activos 0.5 - 1.2 2.5 - 3.3 20 - 40Fangos con oxigeno puro 0.8 - 3.0 2.5 - 9 25 -50
Fango primario y lecho bacteriano 3 - 6 7 - 9 60 -100Fango primario y fango aireación prolongada 3 -4 8.3 - 11.6 60 - 100Fango primario y fangos activos 2.6 - 4.8 4.6 - 9.0 40 - 80
Conjuntamente:
CONCENTRACIÓN DEL FANGO%
Concentraciones típicas de fangos sin espesar y espesados y cargas de sólidos para espesadores por gravedad.
TIPO DE FANGO
Por Separado:
PARAMETROSFANGOS
PRIMARIOS
FANGOS ACTIVOS
(Baja y media carga)
FANGOS MIXTOS (1° Y 2°)
FANGOS ESTABILIZADOS
Ó DIGESTIÓN AEROBIA
CARGA DE SÓLIDOS (kg/m3.día) < 130 < 35 < 70 < 35VELOCIDAD ASCENSIONAL (m/hora) <1.40 < 0.45 < 0.9 < 0.45TRH DE FANGO (horas) >24 > 24 >24 > 24
Parámetros de diseños generales TIPO DE FANGOS
DATOS PARA EL DISEÑODATOS PARA EL DISEÑO
Se desea diseñar un espesador de lodos para tratar un caudal total de 8000 m3 /d, con una concentración de sólidos en suspensión de 3533 mg/l. La concentración de los lodos que se extraen debe tener una concentración de 11765 mg/l.
BALANCE TOTAL DE SOLIDOSBALANCE TOTAL DE SOLIDOS
Q Q o o = Q = Q ee + Q + Q uu
BALANCE DE SOLIDOS EN SUSPENSION
Q o X o = Q e X e + Q u X u
Q e = Q o ( X u – X o) X u - X e
Q e = ( 8000 m 3/ d) ( 11765 - 3533)11765 - 0
ASUMIMOS ASUMIMOS X e = 0 X e = 0
Q Q e e = 5600 m = 5600 m 33 / d / d
Q Q uu = Q = Q oo – Q – Q ee
Q Q uu = 8000 - 5600 = 8000 - 5600
Q Q u u = 2400 m = 2400 m 33/ d/ d
OBJETIVO OBJETIVO ESTABILIZACIONESTABILIZACION
REDUCIR LA PRESENCIA DE PATOGENOS
ELIMINAR LOS OLORES DESAGRADABLES
INHIBIR,REDUCIR O ELIMINAR SU POTENCIAL DE PUTREFACCION.
ESTABILIZACIONESTABILIZACION
EL ÉXITO EN LA CONSECUCION DE ESTOS OBJETIVOS ESTA RELACIONADO CON LOS EFECTOS DEL PROCESO U OPERACIÓN DE ESTABILIZACION SOBRE LA FRACCION ORGANICA O VOLATIL DEL FANGO
ESTABILIZACIONESTABILIZACION
LA SUPERVIVENCIA DE LOS ORGANISMOS PATOGENOS, LA PROLIFERACION DE OLORES Y LA PUTREFACCION SE PRODUCEN CUANDO SE PERMITE QUE LOS MICROORGANISMOS SE DESARROLLEN SOBRE LA FRACCION ORGANICA DEL FANGO
PROCESOS PROCESOS ESTABILIZACIONESTABILIZACION
QUIMICOS:ESTABILIZACION CON CALESTABILIZACION CON CLORO
PROCESOS PROCESOS ESTABILIZACIONESTABILIZACION
BIOLOGICOS:DIGESTION ANAEROBIADIGESTION AEROBIACOMPOSTAJE
ESTABILIZACION CON CALESTABILIZACION CON CAL
FUNDAMENTO: ES LA CREACION DE UNAS CONDICIONES
FISICO QUIMICOS CAPACES DE INHIBIR EL PROCESO DE DEGRADACION BIOLOGICO DE LA M. O. QUE ESTE CONTIENE , EVITANDO LA PRODUCCION DE MALOS OLORES. NO CONSIGUE REDUCIR EL VOLUMEN NI SU CONTENIDO EN M.O. UNICAMENTE AFECTA A LOS MICROORGANISMOS.
ESTABILIZACION CON CALESTABILIZACION CON CAL
SE AÑADE SUFICIENTE CAL AL FANGO PARA ELEVAR SU pH POR ENCIMA DE 12. EL CUAL CREA UN ENTORNO QUE NO FAVORECE LA SUPERVIVENCIA DE DE LOS MICROORGANISMOS.
ESTABILIZACION CON CALESTABILIZACION CON CAL
CONSECUENCIA:
MIENTRAS SE MANTENGA EL pH EL FANGO NO SE PUDRIRA, NO CREARA OLORES Y NO PROVOCARA RIESGOS PARA LA SALUD PUBLICA
METODOSMETODOS
ADICION DE CAL AL FANGO ANTES DEL PROCESO DE DESHIDRATACION.
ADICION DE CAL AL FANGO DESPUES DEL PROCESO DE DESHIDRATACION.
CAL UTILIZADACAL UTILIZADA
CAL HIDRATADACAL VIVAEN ALGUNOS CASOS SE HA
SUSTITUIDO A LA CAL POR :POLVOS DE HORNO DE CEMENTOCARBURO CALCICO
PRETRATAMIENTO CON PRETRATAMIENTO CON CALCAL
EL PRETAMIENTO DE FANGO LIQUIDO CON CAL PRECISA MAYOR CANTIDAD DE CAL POR PESO UNITARIO DE FANGO TRATADO, QUE LA REQUERIDA PARA LA DESHIDRATACION. ESTA MAYOR CANTIDAD ES NECESARIA PARA CONSEGUIR EL pH POR ENCIMA DE 12 DURANTE DOS HORAS.
DOSIS DE CALDOSIS DE CAL
LA DOSIS DE CAL NECESARIA VARIA EN FUNCION DEL TIPO DE FANGO Y DE LA CONCENTRACION DE SOLIDOS.
PARA DETERMINACION DE DOSIS NECESARIAS SE DEBEN LLEVAR A CABO ENSAYOS
DOSIS DE CALDOSIS DE CAL
TIPO DE FANGO CONCENTRACIÓN DE SOLIDOS , %
DOSIS DE CAL,Kg Ca(OH)2/ TON de SS.
PRIMARIO 3 - 6 60-170
EXCESO F. A. 1 - 1.5 210-430
MEZ. DIGERIDA V.A. 6-7 140-250
LIQ. FOSA SÉPTICA 1-4.5 90 -510
La deshidratación persigue quitar agua al producto final, consiguiendo un grado de sequedad el mismo que los hace paleable y transportable hacia otros destinos. El fango estabilizado y deshidratado (biosólido) puede tener un uso agrícola, es además la base para luego hacer otros derivados muy interesantes en agricultura, recuperación de suelos y jardinería como el compost.
ObjetivoObjetivo
QUE ES QUE ES DESHIDRATACIONDESHIDRATACION
Es una operación unitaria física (mecánica) utilizada para reducir el contenido de humedad del fango por alguna o varias de las siguientes razones:
ALGUNAS RAZONES PARA DESHIDRATAR UN FANGO:
1.- Los costos de transporte del fango por camión es menor cuando se reduce el volumen por deshidratación.
2.- El fango deshidratado es, generalmente, más fácil de manipular que el fango líquido o espesado. (palas y cintas transportadoras).
3.- Suele ser necesaria antes de la incineración del fango para aumentar su poder calorífico por eliminación
4. Elimina el exceso de humedad para evitar la generación de malos olores y evitando la putrefacción.
5. Antes de su evacuación a vertederos controlados reduce la producción de lixiviados.
NaturalEras de secado
MecánicaFiltros bandaFiltro prensaFiltro de vacíoCentrífugas
TIPOS DE DESHIDRATACION
El método consiste en incorporar sobre una balsa de arena, con fondo drenado, los lodos deben estar bien estabilizados. De esta forma se efectúa una primera pérdida de agua por drenaje, a la vez que los lodos van decantando.
Simultáneamente se pierde agua por evaporación
En el caso de disponer de espacio suficiente, es el método de menor coste inicial
El seguimiento y preparación de los operadores necesarios no es elevado.
Bajo consumo de energía
Bajo o nulo consumo de productos químicos
Menos sensible a la variabilidad de las características del fango
Mayor contenido de sólidos que los métodos mecánicos
Ventajas
Desventajas
Precisa grandes superficies de terreno
Precisa fangos estabilizados
El diseño debe tener en cuenta las condiciones climáticas
La retirada del fango demanda mucha mano de obra.
Era de secado convencional de arena
Se suelen utilizar en comunidades de pequeñas dimensiones y poblaciones de tamaño medio, aunque se han dado casos en los que se han empleado en instalaciones grandes. Es aconsejable para poblaciones inferiores a 20.000 habitantes .
Características de diseño
Espesor de fango 200 a 300 mm
Espesor de lecho de arena 200 a 300 mm
Velocidad (tuberías de conducción) > 0,75 m/s
Carga de sólidos 50 a 120 kg SS/m2 año
Parámetro de población 8 hab/m2
Pendiente mínima de drenes >1%
Tamaño de partícula arena 0,3 a 0.75 mm
Sequedad de torta de fango 20 a 40%
Dimensiones recomendadas 10 m de ancho por 30 m de longitud.
Tiempo de residencia 10 a 15 días
MECANICOS
FILTRO BANDA
Esquema de un filtro banda
Consisten en una banda continua de tela filtrante que pasa a través de unos rodillos giratorios, el fango acondicionado con un polielectrolito se vierte de forma continua sobre la banda, y posteriormente al pasar entre los rodillos es comprimida y una placa rascadora va separando el fango deshidratado de la banda. En estos filtros se consiguen concentraciones del orden del 20% en mataría seca
Acondicionamiento
Salida lodos
FILTRO PRENSA
En esencia estos constan de una serie de placas de fundición o de algún material moldeado, con caras acanaladas sobre las que se intercalan unas telas filtrantes, el fango previamente acondicionado generalmente con cal, se introduce en las cámaras que forman cada dos placas contiguas y se somete el conjunto a una elevada presión, del orden de 300 Kg/cm2, por medio de un dispositivo hidráulico. El funcionamiento es discontinuo, y muy laborioso, obteniéndose un fango bastante seco, próximo al 30% en materia seca.
Un filtro de vacío consta de un tambor cilíndrico que gira sobre su eje. Sobre el tambor se coloca un tejido poroso que permite el paso del agua.
El cilindro se sumerge parcialmente en un depósito que contiene el fango a deshidratar, a medida que gira el cilindro se recubre de fango, a continuación se hace el vacío mediante unas bombas exteriores y el agua fluye hacia el centro del cilindro de donde se retira . El fango deshidratado se recoge finalmente en unas cintas transportadoras.
Filtro de vacío
Un gran inconveniente de este equipo es su gran consumo energético que oscila entre los 60 y 150 kW/ton de SS.
La sequedad obtenida con un filtro de vacío oscila entre el 20 y el 25%.
La entrada del fango al rotor de la centrifuga tiene lugar por un tubo central. El tornillo helicoidal arrastra el fango retirado de las paredes internas del rotor hacia el exterior por un extremo, mientras que el agua clarificada sale por el extremo opuesto.
El fango deshidratado alcanza habitualmente una sequedad que oscila entre el 20 y el 25%. Actualmente se llega a valores de 30 – 35% e incluso del 40% aunque a costa de una gran dosis de polielectrolitos.
Centrífugas