CAPITULO 8 TRATAMIENTO DE LODOS 8.1 Introducción

1 178 CAPITULO 8 TRATAMIENTO DE LODOS Introducci n Los principales constituyentes del agua residual eliminados en las plantas de TRATAMIENTO incluyen basuras, arena, espumas y lodo. El lodo extra do y producido en las operaciones y procesos de TRATAMIENTO de las aguas residuales generalmente suele ser un l quido o l quido-semis lido con gran contenido en s lidos entre el y el 12 % en peso. El lodo es, por mucho, el constituyente de mayor volumen eliminado en los tratamientos. Su TRATAMIENTO y evacuaci n es, probablemente, el problema m s complejo al que se enfrentan los ingenieros sanitarios.

2 El lodo est formado principalmente por las sustancias responsables del car cter desagradable de las aguas residuales no tratadas. La fracci n del lodo a evacuar, generada en el TRATAMIENTO biol gico del agua residual, est compuesta principalmente de materia org nica, y s lo una peque a parte del lodo est compuesta por materia s lida. Los LODOS separados en el sedimentador primario y aquellos producidos en el TRATAMIENTO biol gico deben ser estabilizados, espesados y desinfectados antes de ser retirados del sitio de TRATAMIENTO . A continuaci n se analizar n procesos que se utilizan para reducir el contenido de agua y materia org nica del lodo, y se utilizan adem s para acondicionar el fango para su reutilizaci n o evacuaci n final.

3 179 Estabilizaci n del lodo La estabilizaci n del lodo se lleva a cabo principalmente para: reducir la presencia de pat genos, eliminar los olores desagradables, y reducir o eliminar su potencial de putrefacci n. La supervivencia de microorganismos pat genos y la proliferaci n de olores en el lodo se producen cuando se permite que los microorganismos se desarrollen sobre la fracci n org nica del mismo. Los medios de estabilizaci n m s eficaces para eliminar el desarrollo de estas condiciones son: la reducci n biol gica del contenido de materia vol til; la oxidaci n qu mica de la materia vol til; la adici n de agentes qu micos para hacer el lodo inadecuado para la supervivencia de microorganismos y la aplicaci n de calor con el objetivo de desinfectar o esterilizar el lodo.

4 Las t cnicas de estabilizaci n de LODOS m s recurridas son: la digesti n anaerobia; la digesti n aerobia; la estabilizaci n con cal; el TRATAMIENTO t rmico, y el compostaje. A continuaci n se analizar n las primeras dos ya que son las dos tecnolog as m s importantes. Digesti n anaerobia La digesti n anaerobia es uno de los procesos m s antiguos empleados en la estabilizaci n de LODOS . En este proceso se propicia la degradaci n de la materia org nica contenida en el en ausencia de ox geno molecular. 180 En el proceso de digesti n anaerobia, la materia org nica contenida en la mezcla de LODOS primarios y secundarios se convierte en metano (CH4) y di xido de carbono (CO2) principalmente.

5 El proceso se lleva a cabo en un reactor completamente cerrado. Los LODOS se introducen en el reactor de forma continua o intermitente, y permanecen dentro de estos tanques durante per odos de tiempo considerables. El lodo estabilizado que se extrae del proceso tiene un bajo contenido de materia org nica y de microorganismos pat genos vivos. Tipos de digestores anaerobios Los dos tipos de digestores m s empleados son los de alta y baja carga. En el proceso de digesti n de baja carga, como se aprecia en las Figuras y , no se suelen calentar ni mezclar el contenido del digestor, y los tiempos de retenci n var an entre 30 y 60 d as.

6 En los procesos de digesti n de alta carga (ver Figuras y ) el contenido del digestor se calienta y mezcla completamente. El lodo se mezcla mediante recirculaci n de gas, mezcladores mec nicos, bombeo o mezcladores con tubos de aspiraci n, y se calienta para optimizar la velocidad de digesti n. El tiempo de retenci n generalmente es menor a 15 d as. 181 Figuras y Digestor anaerobio de carga baja (Metcalf & Eddy, 1991) 182 Figura Digestor anaerobio de carga alta (Metcalf & Eddy, 1991) Figura Digestor anaerobio de carga alta (Metcalf & Eddy, 1991) 183 Figura Digestor de doble etapa (Metcalf & Eddy, 1991) La combinaci n de estos dos procesos se conoce como proceso de doble etapa, la cual se ilustra en la Figura El primer tanque se utiliza para la digesti n, y se equipa con dispositivos para el mezclado.

7 El segundo tanque se utiliza para el almacenamiento y concentraci n del lodo digerido, y para la formaci n de un sobrenadante relativamente clarificado. Microbiolog a del proceso La conversi n biol gica de la materia org nica de los LODOS se produce en tres etapas, como se muestra en la Figura El primer paso del proceso comprende el rompimiento de las mol culas grandes de materia org nica en sus mon meros (hidr lisis). El segundo paso, llamado acidog nesis se refiere a la conversi n bacteriana de los mon meros generados 184 (carbohidratos, cidos grasos y amino cidos) en compuestos intermedios identificables de menor peso molecular.

8 El tercer paso, llamado metanog nesis, implica la conversi n bacteriana de los compuestos intermedios en productos finales m s simples, principalmente metano y di xido de carbono. Forma de los tanques Los tanques de digesti n anaerobia pueden ser cil ndricos, rectangulares o con forma de huevo. La implantaci n de tanques ovalados (Figura ) ha ido creciendo en los ltimos a os en Estados Unidos y en M xico mientras que su uso es muy com n en Europa. El objetivo del dise o de los tanques ovalados es eliminar la necesidad de limpiar los tanques. En la parte inferior del tanque, las paredes forman un cono de inclinaci n suficientemente pronunciada para evitar la acumulaci n de arenas.

9 Otras ventajas de estos tanques son el mejor mezclado, mejor control de la capa de espumas, y las menores necesidades de superficies. Se pueden construir de acero o de hormig n armado. Gas producido La composici n volum trica del gas generado en la digesti n anaerobia del lodo de aguas residuales contiene 65-70 % metano (CH4), 25- 30% di xido de carbono (CO2), y muy peque as cantidades de nitr geno, hidr geno, sulfuro de hidr geno y algunos otros gases. 185 Figura Tanques ovalados para digesti n de LODOS (Planta de TRATAMIENTO de agua residual San Fernando) Un metro c bico de metano, tiene un poder calor fico de ~ 35, 800 kJ.

10 Como se mencion anteriormente el gas suele tener un 65 % de metano por lo que el poder calor fico del gas de digesti n es de ~ 22, 400 kJ/m3. Comparado con el gas natural, el cual tiene un poder calor fico de 37, 300 kJ/m3, su poder calor fico es considerable. El gas de digesti n se puede emplear como combustible para calderas y motores de combusti n internos que, a su vez, se pueden utilizar para el bombeo de agua residual, generaci n de electricidad y funcionamiento de soplantes. 186 Digesti n aerobia La digesti n aerobia se emplea generalmente en plantas de TRATAMIENTO con capacidad inferior a 20, 000 m3/d a sin embargo, en algunas ocasiones se ha empleado en plantas con mayor capacidad.