SERVICIOS QUE DESARROLLA - LODOS
Las estaciones de depuración de aguas residuales urbanas, así como las fosas sépticas generan un residuo sólido (fangos), de composición variable y compuesto fundamentalmente por materia orgánica, y de forma residual por concentraciones traza de metales pesados. Estos lodos/fangos han de ser tratados antes de ser utilizados para otros fines como la agricultura, ya que su uso sin un tratamiento previo está totalmente prohibido (RD. 1310/1990, referente a la utilización de lodos para la agricultura).
Para llevar a cabo la estabilización de los fangos procedentes de estos dos procesos se llevan a cabo las siguientes operaciones reflejadas en la parte inferior del gráfico. Además de los procesos que aparecen dentro de la línea de fangos, se pueden añadir y/o quitar procesos, en función del destino final y de las características del fango a tratar.
1.- ESTABILIZACIÓN
El proceso de estabilización se define como la eliminación de forma sustancial de organismos patógenos, así como la minimización de los olores producidos para reducir el riesgo asociado a la salud pública y nuestro entorno
En función del tipo de proceso que se utilice, podemos clasificar los procesos de procesos biológicos. Esquemáticamente:
PROCESOS QUÍMICOS |
OXIDACIÓN CON CLORO |
ESTABILIZACIÓN CON CAL |
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PROCESOS BIOLÓGICOS |
DIGESTIÓN AEROBIA |
DIGESTIÓN ANAEROBIA |
A continuación se describen con detalle los citados procesos:
Procesos químicos
Se fundamentan en la adicción de algún compuesto químico que produzca el efecto deseado en esta fase del tratamiento.
Oxidación con cloro
Es la oxidación química del fango mediante la aplicación de una dosis elevada de cloro. Se realizan en reactores cerrados y necesita un periodo de retención breve.
Estabilización con cal
Se añade cal al fango en dosis tales para mantener el pH alto (próximo a 12) durante el tiempo suficiente como para asegurar la eliminación o reducción de organismos patógenos presentes en los fangos. Se utilizan mezcladores abiertos para combinar la cal con los lodos, lo que produce problemas de olores por la volatilización del amoniaco producido.
Procesos biológicos
Se fundamentan en imitar a los procesos naturales de degradación de la materia orgánica, optimizando de la forma más eficiente posible las variables que condicionan este tipo de procesos. Podemos diferenciar, en función del tipo del metabolismo del organismo degradante de la materia orgánica en digestiones aerobias y anaerobias:
Digestión aerobia
Consiste en la degradación biológica de la materia orgánica presente en el agua residual gracias a la actividad microbiológica en condiciones aerobias. La estabilización aerobia se puede realizar simultáneamente en plantas de lodos activos donde los lodos, tanto primarios como secundarios, son continuamente aireados durante largos periodos de tiempo. En la digestión aerobia los microorganismos están en fase respiratoria siendo oxidados los materiales contenidos en las células, obteniendo como resultado una reducción de la materia orgánica degradada biológicamente. De esta manera, la estabilización aerobia del exceso de lodo genera un consumo de energía.
Anaerobia
La digestión del lodo se lleva a cabo por los organismos anaeróbicos en ausencia de oxigeno libre. Las reacciones que se producen en esta degradación liberan energía además de liberar al medio metano (CH4), dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O). Los procesos de estabilización anaeróbica trabajan a temperaturas normales (< 40°C) o dentro de un rango de bacteria termófilas, donde se puede alcanzar 50-65°C, debido a la generación del calor de los procesos bioquímicos.
La producción de metano en este tipo de procesos anaerobios ofrece una ventaja adicional respecto a otro tipo de procesos, ya que este producto final generado (CH4) puede ser utilizado para procesos de producción de calor y/o energía.
Este tipo de digestión trascurre en las fases que se describen a continuación:
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Fase de hidrólisis: En esta etapa se rompen los enlaces de las grandes moléculas gracias a las enzimas que excretan las bacterias hidrolíticas.
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Fase Ácida: En esta fase actúan bacterias facultativas que transforman los compuestos orgánicos presentes en el fango en ácidos orgánicos de bajo peso molecular, esto produce al finalizar esta etapa el pH descienda.
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Fase Acetogénica: Esta fase la realizan las bacterias acetogénicas, las cuales liberan al medio acetatos y CO2.
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Fase Metanogénica: Etapa realizada gracias a las bacterias metanogénicas, las cuales forman metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2). Estas bacterias tienen un crecimiento lento provocando que su metabolismo sea limitante en el proceso del tratamiento de los fangos mediante digestión anaerobia.
En este proceso hay que tener en cuenta una serie de factores tales como el pH, la temperatura (10-60ºC), la agitación y calentamiento, la alimentación de fango y el tiempo de retención del mismo (el tiempo de retención en España para la digestión primaria, se recomienda que sea igual o superior a 15 días, mientras que para el digestor secundario debe ser igual o mayor a 5 días).
2.- ESPESAMIENTO
El espesamiento es un proceso cuya finalidad última es la disminución del volumen ocupado por el fango para minimizar los posibles efectos negativos del mismo, como puede ser el gasto en transporte tras su tratamiento.
Mediante el espesamiento de los lodos se consigue una reducción del volumen de aproximadamente un 30 – 80 % antes de cualquier otro tratamiento. En plantas de tratamiento de menor tamaño, con alimentación regular de lodo, el espesamiento tiene lugar, generalmente, directamente en el tanque de almacenamiento de los lodos. El lodo es comprimido en la base del tanque mediante gravedad, mientras en la parte superior se produce una capa de agua que se extrae y recircula nuevamente.
En las plantas de tratamiento de mayor tamaño, existen tanques especiales de espesamiento de lodos. Estos tanques están equipados con rodillos de rotación vertical, que crea micro canales en el lodo para un mejor escurrido.
Existen diferentes sistemas para conseguir esta disminución de volumen, nos vamos a centrar en los dos más utilizados:
1. ESPESADORES POR GRAVEDAD |
2. ESPESADORES POR FLOTACIÓN |
Espesadores por gravedad
Con este tipo de espesador se consigue separar la fase sólida de la líquida. El funcionamiento es similar al de los decantadores.
Este tipo de espesadores suelen constar de una cubeta, por lo general cilíndrica con fondo cónico. Como se puede apreciar en la figura superior, este sistema también consta de un puente móvil donde se sitúan dos brazos con sendas rasquetas, movidos por un motor que acciona el eje vertical central. La función de estas rasquetas es la de concentrar los sólidos y conducirlos a la parte central del fondo cónico, y prodecer a su evacuación.
El agua entra por la parte central del aparato mediante una campana tranquilizadora, la cual reparte el agua de manera uniforme. Las partículas en suspensión decantan de forma individual o formando flóculos. Este tipo de espesadores suelen estar tapados para evitar olores. El sobrenadante de salida del espesador irá a la cabecera de la planta de tratamiento.
Espesadores por flotación
En este espesador también se separa la fase sólida de la líquida, pero a diferencia del método anterior en los espesadores por flotación los sólidos se concentran en la parte superior. Los fangos en este caso ascienden a una velocidad superior a la de sedimentación. Esto se consigue mediante la introducción de aire. Estas pequeñas burbujas de aire arrastran a las partículas sólidas hacia arriba. Los sólidos acumulados en la superficie del espesador son retirados mediante procesos mecánicos.
3.- DESHIDRATACIÓN Y SECADO DE LOS LODOS
Una mayor reducción de los lodos es necesaria antes del espesamiento de los mismos. El líquido de los lodos tiene que drenarse consiguiendo un lodo seco y poroso. La deshidratación puede producirse de manera natural (mediante camas secas, secado solar) durante un largo periodo de tiempo. Mas rápidamente, aunque en mas pequeñas cantidades (y también mas costoso) son las maquinas de proceso como las prensas (filtros de prensa) y centrifugación.
Para una buena deshidratación, el tamaño y firmeza de los aglomerados del lodo son un factor importante, de manera que el lodo permanezca poroso durante la compresión.
La deshidratación disminuye el contenido de agua de los fangos disminuyendo así el volumen de los lodos facilitando el transporte y manejo de los mismos. El destino de los fangos determinará el grado de deshidratación y el método utilizado para este fin.
Con la deshidratación se consigue:
- Disminuir los costes de transporte de los lodos al disminuir el volumen del fango.
- Mejora la manejabilidad de los lodos.
- Aumentar el poder calorífico al disminuir la humedad.
- La deshidratación es necesaria si el fango se destina a compostaje.
- Evitar los olores que puedan derivarse de los lodos se realiza la deshidratación.
- Evitar la formación de lixiviados, siendo la deshidratación necesaria si el lodo va a ser evacuado a vertedero.
Mediante el secado de los lodos se consigue reducir el peso de los lodos. El secado se crea mediante la evaporación del agua contenida en los lodos.
El secado de los lodos es producido generalmente mediante procedimientos basados en contacto, convención o radiación. No es necesario el suministro de grandes cantidades de aire porque el calor suministrado por contacto entre el producto que se descarga y las paredes calientes es suficiente. Solo se requiere una cantidad de flujo de gas mínima para la evacuación del vapor. Esto tiene como ventaja que el gasto de aire de salida es bajo.
Para el secado de los lodos, podemos diferenciar una serie de procedimientos aplicados en la actualidad para disminuir el contenido en agua de los lodos, como son:
1. ERAS DE SECADO |
2. FILTRO BANDA |
3. FILTRO PRENSA |
4. CENTRIFUGADORA |
5. SECADO TÉRMICO |
Eras de secado
Las eras de secado son capas de materiales drenantes dispuestas de forma vertical en un receptáculo. El fango se hace pasar sobre capas de grava o arena produciéndose el filtrado y la deshidratación de los lodos por evaporación. Esta evaporación dependerá de las condiciones climáticas de la zona, los días de exposición de los lodos y las características del lodo.
El material drenante suele estar formado por capas de 10 cm. de arenas sobre una capa de grava de 10-20 cm., colocando una red de tuberías en la parte inferior para recoger el agua que volverá a ser tratada en la E.D.A.R. La capa de arena debe reponerse cada cierto tiempo ya que se pierden arenas en el proceso de filtrado y recogida de los lodos.
Este método se utiliza para poblaciones de 20.000 habitantes o inferiores. El inconveniente que presenta este proceso es la gran superficie de terreno que se requiere.
Filtro banda
Es un sistema de alimentación continua de fango, donde se realiza también un acondicionamiento químico, generalmente con polielectrolitos.
En los filtros banda primero se produce un drenaje por gravedad y después se hace pasar al fango por una aplicación mecánica de presión para que se produzca la deshidratación, gracias a la acción de unas telas porosas.
Es un método barato, ya que no necesita una gran inversión inicial, los costes de mantenimiento y explotación son bajos y la instalación representa un bajo consumo energético.
Filtro prensa
Los filtros prensa constan de una serie de placas rectangulares verticales dispuestas una detrás de otra sobre un bastidor. Sobre las caras de estas placas se colocan telas filtrantes, generalmente de tejidos sintéticos. El espacio que queda entre dos placas, en su parte central hueca, es el espesor que adquirirá la torta resultante. Este espesor puede oscilar entre 15-30 mm.
La superficie de los filtros prensa puede ser de hasta 400 m2, y la superficie de las placas de 2 m2. Y suelen estar formados por más de 100 placas.
La duración del proceso de filtrado es de aproximadamente 25 horas, dependiendo de la duración de las diferentes etapas que pasamos a enumerar a continuación:
- Llenado
- Filtrado
- Descarga
- Limpieza
Con este proceso se consigue una estanqueidad del 35-45%, según las características del lodo a tratar.
Se utiliza en depuradoras de más de 100.000 habitantes y se necesita personal especializado y cualificado para su mantenimiento y explotación.
Centrifugadora
La centrifugadora es un tambor cilindro-cónico de eje horizontal que se fundamenta en la fuerza centrífuga para la separación de la fase sólida del agua.
Hay dos tipos de centrifugación en la deshidratación de los lodos. Una de ellas es la centrifugación contra corriente, donde los sólidos y el líquido circulan en sentido contrario dentro del cilindro. El otro tipo de centrifugación es la equicorriente donde la fracción sólida y la líquida discurren en el mismo sentido.
Secado térmico
Con este sistema se consigue extraer el agua embebida de los fangos gracias a la evaporación de la misma. El secado térmico puede ser por secado directo o indirecto.
En el primer caso se utilizan gases calientes que se ponen en contacto con el fango a deshidratar, obteniéndose una sequedad de hasta un 90%.
En el secado térmico indirecto el medio calefactor es una pared secadora, similar a un intercambiador de calor, obteniéndose sequedades menores que por el método anterior, de un 60-70%.
