TRATAMIENTO DE FANGOS, TÉCNICAS DE ESPESAMIENTO YOBJETIVOS DE LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO ......
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TRATAMIENTO DE FANGOS, TÉCNICAS DE ESPESAMIENTO YTÉCNICAS DE ESPESAMIENTO Y
ESTABILIZACIÓN
ANA MARTA LASHERAS
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Criterios de estabilización e higienización de fangos de EDAR
INTRODUCCIÓN
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Criterios de estabilización e higienización de fangos de EDAR
INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS DE LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO
Ó ÍBIOLÓGICOS Y QUÍMICOS
• Estabilizar el fango:Estabilizar el fango:
– Eliminar olores desagradables
– Eliminar el potencial de putrefacción
– Reducir materia
• Reducir la presencia de patógenos
• Mejorar la deshidratabilidad del fango
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Criterios de estabilización e higienización de fangos de EDAR
HIGIENIZACIÓN
PROCESOS DE REDUCCIÓN DE PATÓGENOS
U.S. EPA
PSRPs que producen Fangos Clase B
Digestión aerobia y anaerobia secado al aire compostaje y estabilizaciónDigestión aerobia y anaerobia, secado al aire, compostaje y estabilización con cal
PFPRs que producen Fangos Clase A
Compostaje, secado térmico, tratamiento térmico, digestión aerobia termófila, irradiación beta, irradiación gama y pasteurización
Procesos condicionados a las condiciones de operación para la eliminación de patógenos
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Criterios de estabilización e higienización de fangos de EDAR
ESTABILIDAD
¿Para qué estabilizar?
El objetivo de esta estabilidad está relacionado con el concepto de d ó d ó d
U.S. EPA
reducción de atracción de vectores. (Vector Attraction Reduction: VAR).
Dos formas de reducir vectores:Dos formas de reducir vectores:
• Procesos biológicos o químicos• Poniendo barreras entre fango y vectores• Poniendo barreras entre fango y vectores
Peligrosidad de un fango: Contagios
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Criterios de estabilización e higienización de fangos de EDAR
ESTABILIDAD
Métodos reducción atracción de vectores (U S EPA)
1.‐ Reducción < 38 % en el proceso de tratamiento
Métodos reducción atracción de vectores (U.S. EPA)
2.‐ Eliminación adicional de SV < 17% en ensayo posterior de estabilidad anaerobio3.‐ Eliminación adicional de SV < 15% en ensayo posterior de estabilidad aerobio4.‐ SOUR≤1,5 mg O2/ hora y g ST5 T i bi 14 dí 40 ºC d di 45ºC5.‐ Tratamiento aerobio > 14 días < 40 ºC y de media 45ºC6.‐ Adición álcali (pH > 12 durante 2 h)7.‐ ST>75 % (tratado parcialmente)8 ST>90 % (sin tratar)8.‐ ST>90 % (sin tratar)9.‐ Inyección del fango10.‐ Volteo del fango con el terreno11 Cubrir el fango con otro material11.‐ Cubrir el fango con otro material12.‐ Si fango sin tratar de fosas sépticas (pH > 12 durante 30 min)
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ESPESAMIENTO DE ESPESAMIENTO
OBJETIVOS
El objetivo de los espesadores es separar las dos fases (sólido yagua) de forma efectiva, aumentando las concentraciones desólidos, de manera que los volúmenes sean menores; así, si de un1% de concentración se consigue un 5 %, se habrá reducido 5 veces lag ,cantidad de fango a procesar.
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SISTEMAS DE ESPESAMIENTOESPESAMIENTO DE ESPESAMIENTO
OBJETIVOS
Compatibilizar línea de agua y línea de fango
Volumen tratamiento € inversión y O&M
(transporte: 8 €/m3; si 2 % 400 €/Tn MS y si 6 % 133 €/Tn MS)(transporte: 8 €/m ; si 2 % 400 €/Tn MS y si 6 % 133 €/Tn MS)Volumen Concentración
fango VS rendimiento del tratamiento posterior
Posibilidad de almacenamiento y transporte.R ti d d i tRetirada de arenas e inertes.Retirada por arrastre de gases en solución.Retorno de clarificadoRetorno de clarificado.
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SISTEMAS DE ESPESAMIENTOESPESAMIENTO DE ESPESAMIENTO
EVALUACIÓN DE PROCESOS DE ESPESAMIENTO
Estudio piloto para evaluar (especialmente para fangos primarios)
comportamiento del fango a espesar€ inversión y O&M(especialmente para fangos primarios) € inversión y O&M
Las principales variables del proceso son:ST y Q influenteST y SST del clarificadoST y Q efluente espesadoD d t d ti i l dDemanda y costos de reactivos si son empleados
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SISTEMAS DE ESPESAMIENTOESPESAMIENTO DE ESPESAMIENTO
SISTEMAS DE ESPESAMIENTO
Espesamiento por gravedadC iEspesamiento por flotación Continuos
Espesamiento mecánicoEspesamiento mecánicoCentrífugas espesadorasTambores rotativos
DiscontinuosTambores rotativosMesas espesadoras
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SISTEMAS DE ESPESAMIENTOESPESAMIENTO DE ESPESAMIENTO
IMPACTO RETORNOS “CLARIFICADOS” ESPESADORES
EDAR < 10.000 Hb eq /día Gestión externa del fango
IMPACTO RETORNOS CLARIFICADOS ESPESADORES
DQO del retorno <15.000 mg/l
Purga discontinua 200% carga horariag % gPurga continua 20% carga diaria
EDAR < 100.000 Hb eq /día Línea de tratamiento lodos en EDARDQO del retorno <5.000 mg/l
Los retornos de la línea de fangos pueden suponer hasta un 20%
Purga continua 20% carga diaria
Los retornos de la línea de fangos pueden suponer hasta un 20%de la carga total de la EDAR
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SISTEMAS DE ESPESAMIENTOESPESAMIENTO DE ESPESAMIENTO
ESPESAMIENTO POR GRAVEDAD
Consideraciones básicas de diseño
Alt í i d 3 5 (lá i )Altura mínima de 3,5 m (lámina agua)Zona espesado al menos igual a la de
clarificadoTiempo retención hidráulico < 24
horasTi t ió ólid 2 3 díTiempo retención sólidos < 2-3 díasDiámetro suficiente
Diseño de tuberías de transporte de fangos:Velocidad mínima : 0,8 m/sDiámetro mínimo : 50 mm
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SISTEMAS DE ESPESAMIENTOESPESAMIENTO DE ESPESAMIENTO
ESPESAMIENTO POR GRAVEDAD
ELEMENTOS DE ESPESADORES DINÁMICOSELEMENTOS DE ESPESADORES DINÁMICOS
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SISTEMAS DE ESPESAMIENTOESPESAMIENTO DE ESPESAMIENTO
ESPESAMIENTO POR GRAVEDAD
Principales problemas de explotación
Formación de costras que dificulten el stripping de los gases formados
Aparición de flotantes que hacen retornar puntas de carga a la línea de agua (especialmente a altas temperaturas)de agua (especialmente a altas temperaturas)
Deficiente concentración del fango espesado (fermentaciones en el decantador primario)
Empeoramiento calidad rebose (fermentaciones y sobrecargas)Empeoramiento calidad rebose (fermentaciones y sobrecargas)
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SISTEMAS DE ESPESAMIENTOESPESAMIENTO DE ESPESAMIENTO
ESPESAMIENTO POR FLOTACIÓN
La separación de partículas sólidas de la fase acuosa se produce en la parteLa separación de partículas sólidas de la fase acuosa se produce en la partesuperior.
Las finas burbujas se adhieren o absorben sobre los sólidos que son arrastrados aLas finas burbujas se adhieren o absorben sobre los sólidos que son arrastrados a la superficie a una velocidad suficiente. La densidad de las nuevas estructuras particuladas pasa a ser inferior a la del líquido.
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SISTEMAS DE ESPESAMIENTOESPESAMIENTO DE ESPESAMIENTO
ESPESAMIENTO POR FLOTACIÓN
DAF
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SISTEMAS DE ESPESAMIENTOESPESAMIENTO DE ESPESAMIENTO
ESPESAMIENTO POR FLOTACIÓN
EJEMPLO TANQUE FLOTACIÓN CIRCULAREJEMPLO TANQUE FLOTACIÓN CIRCULAR
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SISTEMAS DE ESPESAMIENTOESPESAMIENTO DE ESPESAMIENTO
ESPESAMIENTO POR FLOTACIÓN
Principales problemas de explotación
Capa fina de fango flotado
Poco aire disuelto
Sólidos en el efluente muy altos
Desajuste en rasquetas y nivel de aguaDesajuste en rasquetas y nivel de agua
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SISTEMAS DE ESPESAMIENTOESPESAMIENTO DE ESPESAMIENTO
CENTRÍFUGAS
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SISTEMAS DE ESPESAMIENTOESPESAMIENTO DE ESPESAMIENTO
CENTRIFUGACIÓN
F t í t 500*F d d
Fangos biológicos
Fuerza centrípeta < 500*Fuerza gravedad
g g
Concentración del fango espesado: 4 – 8 %
No siembre necesidad de polímero: 1 – 3 kg/Tm SSp g/
Consumo energético: 800 – 1500 wh/m3 fango
Sensible a cambios en las características del fangoSensible a cambios en las características del fango
Muy compacta
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SISTEMAS DE ESPESAMIENTOESPESAMIENTO DE ESPESAMIENTO
TAMBORES ROTATIVOS
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SISTEMAS DE ESPESAMIENTOESPESAMIENTO DE ESPESAMIENTO
TAMBORES ROTATIVOS
El b i l l filEl tambor constituye el elemento filtrante quepermite la separación del agua y del flóculo
Fangos biológicos
Concentración del fango espesado: 4 – 8 %g p
Elevada necesidad de polímero: 8 ‐ 50 kg/Tm SS
Velocidad de giro del tambor 5‐20 rpmVelocidad de giro del tambor 5 20 rpm
Elevado grado de atención
Bajo costo inversión, elevado de operaciónBajo costo inversión, elevado de operación
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ESPESAMIENTO DE ESPESAMIENTO
MESAS ESPESADORAS
L i i d fil lLa cinta permite drenar y filtrar para separar losflóculos del agua
Para fangos biológicos y digeridos
Concentración alcanzada:
5 – 8 % fangos biológicos5 8 % fangos biológicos
10% fangos digeridos
Polielectrolito (5 kg/Tm SS )
Operación en continuo
Velocidad de la cinta
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ESTABILIZACIÓN
PROCESOS ESTABILIZACIÓN
• Biológicog
Anaerobio
Aerobio
• Químico
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DIGESTIÓN ANAEROBIA
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
Proceso biológico que permite una degradación de la materia orgánica por medio de una fermentación bacteriana productora dede una fermentación bacteriana productora de metano, en un recinto cerrado y en ausencia de airede aire.
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DIGESTIÓN ANAEROBIA
Fases:
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
Materia orgánica particulada degradable (Xs)Proteinas Carbohidratos Lípidos .
Fases:HidrólisisFase ácida
¿Pretratamiento?
Aminoácidos (Saa), Azúcares (Ssu) Acídos grasos de cadena larga (Sfa)
DQO inerte soluble (Sin)2- Hidrólisis
Metanogénesis
Paso limitante: Hidrólisis
Propionato (Spro)Fermentación de
3- azúcares4- aminoácidos
5- Oxidación anaerobiade Sfa
6- Oxidación anaerobia de Spro
Relación tiempo de retención‐rendimiento
Metanogénesis
40
50
60
(%)
Acetato (Sac) Hidrógeno (SH2)
Metanogénesis
40
50
60
(%)
10
20
30
40
Ren
dim
ient
o
Metano (SCH4)
7- Metanogénesis acetoclasta 8- Metanogénesis hidrogenófila
10
20
30
40
Ren
dim
ient
o
0
10
0 5 10 15 20 25 30 35HRT (d)
0
10
0 5 10 15 20 25 30 35HRT (d)
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DIGESTIÓN ANAEROBIA
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
Ó Á
7 g DQO
CRECIMIENTO DE BIOMASA Y PRODUCCIÓN DE BIOGÁS
7 g. DQO Biomasa
100 g. DQO
CHCH4CO2 + Agua
DQO eliminada: 93 g DQO
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DIGESTIÓN ANAEROBIA
PRODUCCIÓN Y COMPOSICIÓN DE BIOGÁS
Composición: 55 75 %M t 55 75 %M tComposición:
25 – 45 %CO2
55 – 75 %Metano
25 – 45 %CO2
55 – 75 %Metano
2 – 6 %Nitrógeno
0,01 – 1 %SH2
2 – 6 %Nitrógeno
0,01 – 1 %SH2
0,1 – 2 %Hidrógeno
2 6 %Nitrógeno
0,1 – 2 %Hidrógeno
2 6 %Nitrógeno
Producción: 750 – 1100 l biogás/kg SV destruido0.35 l Metano/g DQO eliminado
Poder calorífico: 5000 – 6000 Kcal/m3 biogas
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DIGESTIÓN ANAEROBIA
TEMPERATURA Y TIEMPO DE DIGESTIÓN
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DIGESTIÓN ANAEROBIA
FACTORES QUE AFECTAN EL PROCESO
• Alimentación del digestor
T t d l• Temperatura del proceso
• Tiempo de digestiónp g
• pH
El ó i• Elementos tóxicos
• Agitación y mezclag y
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DIGESTIÓN ANAEROBIA
TEMPERATURA Y METANOGÉNESIS
íPolímeros
Monómeros
Polímeros
Monómeros
Polímeros
Ácidos grasos, alcoholes, lactato, succinato, ...
Ácidos grasos, alcoholes, lactato, succinato, ...
H2, CO2, HCOO‐, CH3‐R
AcetatoH2, CO2, HCOO‐,
CH3‐RAcetato
CH4, CO2CH4, CO2
MESÓFILO TERMÓFILO
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DIGESTIÓN ANAEROBIA
COMPARACIÓN MESÓFILO ‐ TERMÓFILO
•Eliminación de materia orgánica similar en el mesófilo y termófilo Cinética termófila superiormesófilo y termófilo. Cinética termófila superior.
•Mayor DQO filtrada en termófilo que en el ófil M l bili ió f t d lmesófilo. Mayor solubilización por efecto de la
temperatura.
•Mayor concentración de materia coloidal.
•Misma producción de biogás por gr de materia•Misma producción de biogás por gr. de materia orgánica eliminada en todos los casos.
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DIGESTIÓN ANAEROBIA
TIPOS DE DIGESTORES
• BAJA CARGA
• ALTA CARGA
• CONTACTO ANAERÓBICO
• SEPARACIÓN DE FASES
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DIGESTIÓN ANAEROBIA
ALMACENAMIENTO DEL BIOGÁS
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DIGESTIÓN ANAEROBIA
VENTAJAS INCONVENIENTES
• Buen porcentaje de eliminación de SV.
• Alto coste de inversión.
• Muy sensible a los cambios• Reduce la masa final del
fango.
Muy sensible a los cambios bruscos.
• Sobrenadante con alta carga • Buena reducción de
patógenos.
gde nitrógeno, SS, DBO y DQO.
• Fango final rico en nutrientes.
• Problemas de seguridad (gas inflamable).
• Absorbe puntas.
• Gas metano.
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DIGESTIÓN AEROBIA
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO
Proceso biológico que se basa en la oxidación de materia orgánica por acción de microorganismos en presencia de oxígeno. Semicroorganismos en presencia de oxígeno. Se trata de un proceso exotérmico.
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DIGESTIÓN AEROBIA
PRODUCCIÓN DE BIOMASA Y CALOR
67 g. DQO Biomasa
100 g DQO100 g. DQO
CalorCO2 + Agua
DQO eliminada: 33 g DQO
13.7 MJ/kg O2 consumido
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DIGESTIÓN AEROBIA
DIGESTIÓN AEROBIA TERMÓFILA AUTOSOSTENIDA (ATAD)
Temperatura > 55ºC
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DIGESTIÓN AEROBIA
DIGESTIÓN AEROBIA TERMÓFILA AUTOSOSTENIDA (ATAD)
• Mayores cinéticas biológicas (3 a 10 veces superior)• Mayores cinéticas biológicas (3 a 10 veces superior)
• Menores producciones netas de fango
• Solubilización térmica de parte del fango biológico
• pH cercano a 8
• Elevadas concentraciones de amonio/amoniaco
• Características del sobrenadante:• Características del sobrenadante:– Color oscuro
Olor amoniacal– Olor amoniacal
– Resistencia a la filtración
Mayor contenido de materia orgánica: Soluble y coloidal– Mayor contenido de materia orgánica: Soluble y coloidal
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DIGESTIÓN AEROBIA
DIGESTIÓN AEROBIA TERMÓFILA AUTOSOSTENIDA (ATAD)
Di i ió d l ió d l di t• División de la operación del digestor– Fase de descarga de fango.
– Fase de carga de fango.
– Fase de calentamiento: HigienizaciónFase de calentamiento: Higienización
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DIGESTIÓN AEROBIA
DIGESTIÓN AEROBIA TERMÓFILA AUTOSOSTENIDA (ATAD)
C l d
Calorperdido por
Calor perdido através de
Calor generadopor los equipos de
aireación ymezclantocalentamie de fase
caloreliminada DQObio Δt
Y·MPot =MJ∙kg O2
p pevaporaciónparedes
Calorperdido con
FASEGASEOSA
∑= 100η
·PotPot mconsumidami
Á
Producción deCalor Biológico
perdido conlos gasesde salida
Área)T(TKPot ambienteliqwewe ⋅−⋅=
vapvaporve ΔHQPot ⋅=
Flujo de calor
FASELÍQUIDA
pp
( )salida gasesentrada aireaireaciónairege TTQCpPot −⋅⋅=
debido a laentrada de aire
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DIGESTIÓN AEROBIA
DIGESTIÓN AEROBIA TERMÓFILA AUTOSOSTENIDA (ATAD)
d óDos escenarios de operación:
• Limitación de Sustrato S t t Otac ó de Sust ato– Alto rendimiento
Ú i t t i t
Sustrato O2
– Único tratamiento
• Limitación de OxígenoBacterias
Heterótrofas
– Bajo rendimiento
– Sistema dual (ATAD + DAM)CO2 Calor
Sistema dual (ATAD + DAM)
BHOS
H XKS
SSK
S⋅⋅= μρ2 BH
OXIOSSH KSSK ++
μρ2
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DIGESTIÓN AEROBIA
DIGESTIÓN AEROBIA TERMÓFILA AUTOSOSTENIDA (ATAD)
Limitación de sustrato
65 20
• Higienización
Al d bili ió
61
63
18
19
• Alto grado estabilización
• Alto rendimiento
57
59
ºC
16
17
% O
2 • Menor DQO filtrada
• Menor problemática de olores
55
57
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28
Tiempo (h)
15
16
• TRH mínimo 10 a 15 días
• TRH función de concentración y Tiempo (h)
Temperatura % O2 gas salida aireación
• Una o varias etapas
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DIGESTIÓN AEROBIA
DIGESTIÓN AEROBIA TERMÓFILA AUTOSOSTENIDA (ATAD)
Limitación de oxígeno
• Higienización
• Bajo grado estabilización
• Bajo rendimientoj
• Alta DQO filtrada. AGVs
• Problemática de oloresProblemática de olores
• TRH mínimo 3 o 4 días para autotermo
• TRH menores con precalentamiento del fango
• Sistema dual
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DIGESTIÓN AEROBIA
DIGESTIÓN AEROBIA TERMÓFILA AUTOSOSTENIDA (ATAD)
Sistema patentado Fuchs
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DIGESTIÓN AEROBIA
DIGESTIÓN AEROBIA TERMÓFILA AUTOSOSTENIDA (ATAD)
Número de reactores ATAD Dos o más en serie, mismo volumen, operando en batch diario
Diseño de los reactores Cilíndricos, relación Altura/diámetro 0.5 - 1
Rango de ST en fango alimentación 40 – 60 g·L-1
SSV necesario ≥ 25 g·L-1
Tiempo de Retención Hidráulico 5-6 días
Mínimo tiempo de reacción 20 horas por etapa
Temperatura y pH Reactor I: 35 – 50 y pH≥7.2
Reactor II: 50 – 65 ºC y pH=8.0
Aireación 4 m3·h-1·m-3reactor
Potencia específica 85 – 100 W·m-3reactorp reactor
Energía 9 – 15 kWh·m-3fango tratado
Calor potencial del fango 20 – 30 kWh·m-3fango tratado
Sistema patentado Fuchs
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DIGESTIÓN AEROBIA
DIGESTIÓN AEROBIA TERMÓFILA AUTOSOSTENIDA (ATAD)
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DIGESTIÓN AEROBIA
VENTAJAS INCONVENIENTES
• Buen porcentaje de eliminación de SV.
• Menor coste de inversión.
• Muy sensible a los cambios• Reduce la masa final del
fango.
Muy sensible a los cambios bruscos.
• Sobrenadante con alta carga • Buena reducción de
patógenos.
gde nitrógeno, SS, DBO y DQO.
• Fango final rico en nutrientes.
• Absorbe puntas.
• Producción de energía en f d lforma de calor.
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ESTABILIZACIÓN QUÍMICA
¿BASES DEL PROCESO?
Oxidación de la MOOxidantes fuertesOxidantes fuertes
M difi ió d l HModificación del pHÁcidos o bases fuertes (Cal)
Aumento del pH (12) durante tiempo de p ( ) pcontacto suficiente (2h).
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ESTABILIZACIÓN QUÍMICA
PRE‐ESTABILIZACIÓN
– Tipo de fango: líquido– Reactivo: Hidróxido cálcico– Parámetros de la reacción:
• pH = 12,5p ,• Tiempo de contacto = 2 horas• Tiempo de maduración = 24 horas
– Dosis a emplear• 10% sobre total materia seca
– Duración en el tiempo muy limitada
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ESTABILIZACIÓN QUÍMICA
POST‐ESTABILIZACIÓN
– Tipo de fango: deshidratado– Reactivo: óxido de calcio– Reacción fuertemente exotérmica– Parámetros de la reacción:Parámetros de la reacción:
• pH = 12,5• Tiempo de contacto = 2 horasTiempo de contacto 2 horas• Temperatura de reacción = 55 ºC
– Dosis a emplearDosis a emplear• 0,28 Kg CaO/Kg sólidos
– Desinfección eficazDesinfección eficaz
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ESTABILIZACIÓN QUÍMICA
EQUIPOS ESTABILIZACIÓN CON CAL
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ESTABILIZACIÓN QUÍMICA
EQUIPOS ESTABILIZACIÓN CON CAL
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ESTABILIZACIÓN QUÍMICA
VENTAJAS INCONVENIENTES
• Pequeñas plantas.
• Bajos costes inversión
• No destrucción de la materia orgánica• Bajos costes inversión.
• Aumento sequedad.
materia orgánica.
• Necesario asegurar pH alcanzado• Buena eliminación de
patógenos.
alcanzado.
• Incremento de la id d d l f• Sencilla operación.
• Empleo fango al suelo
cantidad del fango.
• Almacenamiento.Empleo fango al suelo.• Pérdida de nutrientes.
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ÉTRATAMIENTO DE FANGOS, TÉCNICAS DE ESPESAMIENTO Y ESTABILIZACIÓN
ANA MARTA LASHERAS