TEMA 15. PROCESOS DE TRATAMIENTO Y GESTIÓN DE LODOS 15.1. CARACTERIZACIÓN DE LODOS DE DEPURADORA 15.2. PROCESOS DE TRATAMIENTO 15.2.1. ESPESAMIENTO 15.2.2. DIGESTIÓN ANAEROBIA 15.2.3. DESHIDRATACIÓN 15.2.4. TRATAMIENTOS QUÍMICOS 15.2.5. SECADO 15.2.6. INCINERACIÓN 15.3. EVACUACIÓN DE LODOS

OBJETIVOS DEL TEMA Conocer los tipos de lodos generados en una EDAR y comprender la necesidad de disponer de una línea de tratamiento de lodos Conocer los principales sistemas empleados en el tratamiento de lodos (espesamiento y deshidratación, tratamientos químicos, biológicos y térmicos), así como las principales características de los equipos, modo de operación y aplicabilidad Conocer las distintas alternativas de evacuación para los lodos tratados

15.1. CARACTERIZACIÓN DE LODOS LODO / FANGO Lodo o fango es el sedimento acuoso en el que se concentran los sólidos separados de un agua bruta o de un reactor biológico, en una EDAR o ETAP ORIGEN DE LOS LODOS: EDARU: Tratamiento 1º (sedimentador primario) y 2º (lodos biológicos en exceso separados en el sedimentador secundario) ETAP: (ablandamiento de aguas cuando el Ca y el Mg se separan por precipitación como carbonatos e hidróxidos) INDUSTRIA: Tratamiento de ARI (sedimentación, filtración, flotación o tratamiento biológico) y proceso Existen expectativas de crecimiento del volumen de fangos que requieren tratamiento como resultado de las exigencias de tratamiento de aguas y adecuada gestión de los lodos Estos tratamientos persiguen reducir el contenido de agua y el volumen de los lodos al tiempo que se logra su estabilización biológica

 Su cantidad depende del tipo de agua residual La características y volumen de los lodos dependen no sólo de su origen sino también del alcance de la depuración y la tecnología empleada FANGOS PRIMARIOS  Su cantidad depende del tipo de agua residual  Se puede estimar la cantidad de sólidos retirados a partir del contenido en SS del agua bruta y la eficacia del decantador primario (60-70%)  Los fangos procedentes de un tratamiento primario mejorado químicamente se producen en mayor cantidad, por el mayor rendimiento de eliminación FANGOS SECUNDARIOS  Su cantidad depende del tiempo de residencia celular, la carga volumétrica, así como del tipo de agua, si hay eliminación de nutrientes y la temperatura 4

Fig. 15.1. Esquema de una EDAR (publicado en Wikipedia con licencia CC BY-SA 3.0)

Fig. 15.2. Procesos unitarios en una depuradora de aguas residuales urbanas (Kiely, 1999)

PROPIEDADES FÍSICAS LA INTERACCIÓN DEL AGUA CON LOS SÓLIDOS MARCA MUCHAS DE LAS PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS LODOS, ASÍ COMO LOS ESQUEMAS DE TRATAMIENTO: ● Agua entre poros ● Agua capilar libre ● Agua ligada ● Agua celular PARÁMETROS DE CARACTERIZACIÓN: ● Densidad ● Concentración de sólidos (totales, suspendidos, fijos, volátiles, sedimentables) ● Viscosidad ● Sedimentabilidad ● Poder calorífico ● Tiempo de succión capilar ● Resistencia a la filtración ● Resistencia al esfuerzo cortante ● Propiedades fluidodinámicas (bombeo)

PROPIEDADES BIOLÓGICAS PROPIEDADES QUÍMICAS ● pH ● Composición ● Presencia de contaminantes como metales, PCBs, dioxinas PROPIEDADES BIOLÓGICAS ● Interesa conocer el tipo de microorganismos y su toxicidad ● Tanto los fangos primarios como los secundarios pueden contener los mismos patógenos que el agua bruta pero en concentraciones significativamente mayores ● Por eso la evacuación de lodos sin algún tratamiento que reduzca o elimine el contenido en patógenos puede dar lugar a riesgo sanitario ● Los fangos anaerobios tienen menos patógenos que los aerobios

15.2. PROCESOS DE TRATAMIENTO 15.2.1. ESPESAMIENTO Se trata de reducir el agua que contienen los lodos (se consigue duplicar o triplicar el contenido en sólidos) SE UTILIZAN VARIOS MÉTODOS: ■ ESPESADOR POR GRAVEDAD ■ ESPESADOR DE FLOTACIÓN

ESPESADORES POR GRAVEDAD ● Sobre todo para fangos 1º aunque también pueden tratarse fangos mixtos o secundarios (poca eficacia) ● Similares a los sedimentadores 1º; pueden ser discontinuos o continuos ● El sobrenadante se recircula a tratamiento 1º ● Carga hidráulica superficial: 4-8 m3/m2 día (fangos 1º) y 16-32 m3/m2 día (fangos 2º) Fig. 15.3. Esquema de un espesador mecánico a) planta b) sección (Metcalf and Eddy, 2001)

ESPESADORES POR FLOTACIÓN ● Sobre todo para fangos 2º; consigue espesar hasta 3-5% de sólidos ● Similares a los empleados en AR ● Se recircula parte del agua retirada que se presuriza con aire disuelto ● Las burbujas favorecen el ascenso de los sólidos que se barren en la superficie (se pueden añadir polielectrolitos) ● Los lodos sedimentables se separan en el fondo Fig. 15.4. Flotador por aire disuelto utilizado para el espesamiento del fango activado en exceso (Metcalf and Eddy, 2001)

ESPESADORES DE BANDAS POR GRAVEDAD ● El agua se elimina por filtrado a través de una banda circulante ● Se consiguen concentraciones de sólidos en los fangos espesados de 9-12% (fangos 1º) y 4-6% (fangos 2º) Fig. 15.5. Diagrama de un espesador de gravedad por bandas(Kiely, 1999) 12

ESPESADORES POR CENTRIFUGACION ● El lodo espesado es forzado por la fuerza centrífuga hacia la pared y empujado a salir por una espiral que gira más lentamente ● Concentraciones de sólidos en los fangos espesados similares a las que se consiguen con un espesador de bandas por gravedad Fig. 15.6. Centrífuga de cámara cerrada (Kiely, 1999) 13

15.2.2. DIGESTIÓN ANAEROBIA VENTAJAS DESVENTAJAS ● La digestión aerobia se emplea para tratar fangos biológicos o mezclas de fangos biológicos y primarios ● Operando adecuadamente, se logran reducciones en el contenido de SSV próximas a las alcanzadas con digestión anaerobia ● Similar al proceso de lodos activos ● Más frecuente en pequeñas que en grandes instalaciones ● TRC > 40 días a 20ºC o > 60 días a 15ºC reducen significativamente el contenido en patógenos VENTAJAS  Bajo coste de inversión  Fácil operación  Producto final no oloroso y estable  Menor DBO en el sobrenadante que con digestión anaerobia DESVENTAJAS  Altos costes de operación (O2)  No produce biogas  Lodos difíciles de deshidratar

15.2.3. DESHIDRATACIÓN Consiste en reducir el agua que presentan los fangos hasta concentraciones de sólidos del 10-35% PUEDE SER INTERESANTE POR: ● Ahorro de costes de transporte ● Mayor facilidad de manejo ● Adecuación del lodo para posteriores tratamientos: incineración, compostaje ● Aumento de la estabilidad de los lodos ● Minimización de los lixiviados producidos en el caso de evacuación a vertedero TÉCNICAS: ● Centrifugación ● Filtros prensa de bandas ● Filtros prensa de placas ● Lechos de secado ● Lagunas de lodos

Centrífugas para deshidratacion de fango (EDAR PINEDO) CENTRIFUGACIÓN ● Similares a las empleadas en el espesamiento ● Se consiguen tortas con 10-30% de sólidos (existen diseños que proporcionan contenidos en sólidos >30%) ● Pueden añadirse agentes acondicionantes o no (se pueden añadir en línea o en la propia centrífuga) ● Permiten un buen control de los olores (equipos cerrados) ● Requieren menos espacio que los filtros para tratar un caudal determinado ● Bajo coste de inversión pero alto de operación Centrífugas para deshidratacion de fango (EDAR PINEDO)

FILTROS PRENSA DE BANDAS ● Combinan el empleo de agentes acondicionantes con el drenaje por gravedad y la deshidratación por presión (bandas de tela) ● Operación en continuo ● Válido para prácticamente todo tipo de fangos ● Es necesario disponer de adecuada ventilación ● Ancho de tela: 0,5-3,5 m; cargas: 50-600 kg/h por m de longitud; Concentración de sólidos en la torta: 15-30% Fig. 15.7. Esquema de un filtro de bandas Bellmer Winkler (Kiely, 1999)

Fig. 15.8. Sección de un filtro de bandas Bellmer Winkler (Kiely, 1999)

FILTROS PRENSA DE PLACAS El fango acondicionado químicamente se coloca entre placas de tela a las que se aplica presión VENTAJAS Altas concentraciones de sólidos en la torta (30-50%) y alta captación de sólidos DESVENTAJAS Alto coste de operación (reactivos, presión, telas) Operación por cargas Fig. 15.9. Vista lateral de un filtro prensa de placas (Kiely, 1999)

LECHOS DE SECADO DE LODOS Aplicación: deshidratación de fangos 2º sin tratamiento previo El fango se aplica en espesores de 20-30 cm sobre un lecho de arena y grava (sistema de drenaje) El agua se extrae por drenaje y evaporación La torta se retira después de 10-15 días (contenido en sólidos ~ 40%) VENTAJAS ● Bajo coste ● Simplicidad ● Alto contenido en sólidos en la torta DESVENTAJAS ● Grandes superficies y dependencia del clima (se puede cubrir)

Fig. 15.10. Lecho de secado de lodos (Kiely, 1999)

LAGUNAS DE LODOS APLICACIÓN Fangos procedentes de una digestión biológica (sin reactivos) o efluentes de industria alimentaria (que no contengan contaminantes problemáticos) El fango se distribuye en la laguna hasta espesores de 75-125 cm El agua se elimina fundamentalmente por evaporación DESVENTAJAS ● Grandes superficies, no adecuado para zonas con abundante precipitación y bajas temperaturas y posible filtración en el terreno ● Hacen falta tiempos que varían de meses a años ● Se consiguen contenidos en sólidos de 25-30%

15.2.4. TRATAMIENTOS QUÍMICOS LA ADICIÓN DE REACTIVOS QUÍMICOS PUEDE REALIZARSE CON DOS FINES: ● Lograr la estabilización del lodo ● Acondicionarlo para posteriores tratamientos ESTABILIZACIÓN Se persigue eliminar la actividad biológica del lodo: eliminación de patógenos, reducción de olores y posteriores procesos de degradación (evacuación segura) Puede ser por procesos químicos, biológicos o térmicos Por vía química se añaden reactivos alcalinos que suben el pH>12  inactivación de microorganismos CaO / Ca(OH)2 / polvo de horno de cemento (más barato) Se puede añadir antes o después de la deshidratación (mejora la eficacia) INCONVENIENTE El peso de los lodos tras la adición de cal aumenta de un 20 a un 40% y se puede desprender amoniaco

ACONDICIONAMIENTO Consiste en añadir al fango reactivos químicos que mejoren la eficacia del proceso de deshidratación Los reactivos consiguen la coagulación/floculación de los sólidos facilitando la eliminación del agua REACTIVOS: ● Cloruro férrico ● Cal ● Alumbre ● Polímeros Es muy importante realizar la mezcla de manera adecuada EL TIPO DE REACTIVO Y LA DOSIS A APLICAR DEPENDE DE: ● Las propiedades del lodo: origen, concentración de sólidos,pH ● El método de deshidratación (p.ej. los polímeros se añaden antes de centrifugación o filtro banda, pero no es frecuente antes de filtro prensa) Es importante realizar ensayos a nivel de laboratorio

15.2.5. SECADO El secado es una operación que implica reducir el contenido de agua del lodo por evaporación, resultando un producto seco (65-95% sólidos) RESULTA INTERESANTE POR: ● Ahorro en coste de transporte ● Eliminación de patógenos ● Menor volumen para depósito en vertedero ● Mejores propiedades para su comercialización RESULTA NECESARIO UN TRATAMIENTO DE GASES: ● Partículas: ciclones, lavadores ● Olores: oxidación térmica (730ºC)

15.2.5. INCINERACIÓN La incineración consiste en realizar la combustión controlada de los lodos a alta temperatura (>850ºC), convirtiéndose en cenizas inorgánicas y compuestos gaseosos (H2O, CO2, SO2) ● Se logra disminuir el volumen en un 80-90% y se elimina el riesgo de transmisión de patógenos ● El lodo deshidratado con un contenido en sólidos del 20-30% requiere un combustible adicional para su incineración, pero con valores del 30-50% (p.ej. deshidratándolo con un filtro prensa de placas), se podría incinerar sin necesidad de apoyo, aprovechando su contenido energético ● Se requiere tratamiento de gases y evacuación de las cenizas

15.3. EVACUACIÓN DE LODOS Las vías de evacuación del lodo incluyen las siguientes: VERTIDO AL MAR ● Fue utilizado como modo de evacuación para lodos con anterioridad a la Directiva 91/271/EEC (p.ej. Reino Unido vertía al mar ~ 29% de sus lodos) ● En la UE está prohibido desde finales de 1998 RECICLAJE ● Consiste en utilizar el lodo tratado por vía biológica, química o térmica en agricultura o zonas forestales, lo que resulta beneficioso para el terreno gracias a su contenido en nutrientes y materia orgánica ● El usos del lodo sin tratar está prohibido a menos que sea inyectado en el suelo ● Los lodos procedentes de aguas industriales pueden contener altas concentraciones de metales o contaminantes orgánicos resistentes al tratamiento biológico con lo que no resultarían adecuados para su reciclaje (límites legales) ● El uso de lodos en agricultura está regulado por la Directiva 86/278/EEC

INCINERACIÓN ● La incineración es un tratamiento que genera un residuo de cenizas que requiere evacuación ● Estas cenizas se evacuan en un vertedero controlado (es frecuente que presente una alta concentración de metales pesados) o se reutiliza p. ej. para pavimento de carreteras VERTIDO CONTROLADO ● Se emplea cuando no existe terrenos para su aplicación o cuando tiene un contenido en metales pesados o patógenos demasiado elevado