Toma y Clases de Muestras
Para una buena planificación de un programa de muestreo, es necesario definir los parámetros físico-químicos y biológicos que van a ser me¬didos teniendo como referencia, la actividad que desarrolla la industria, los objetivos buscados y las normas de calidad vigentes para alcantari¬llados y cauces receptores.
En términos generales los parámetros básicos en la caracterización de aguas residuales indus¬triales son:
• DBO5
• DQO.
• Sólidos Totales.
• Sólidos Suspendidos.
• Sólidos Sedimentables.
• Grasas y/o aceites.
• pH en sitio.
• Temperatura en sitio.
• Tóxicos (Cadmio, Cromo, Cobre, Níquel, Plomo y Zinc.).
Los parámetros que allí se presentan no están estandarizados para cada tipo de industria, sólo dan una idea de lo que se puede encontrar en cada una de ellas, es claro que cada industria es un caso particular que no sólo depende de su clasificación, sino también de los numerosos factores que involucran los tipos de procesos, materias primas y tecnología que presenten.
El pH y la temperatura deben determinarse a cada una de las muestras tomadas durante todo el programa de muestreo. Si son muestras com¬puestas la determinación se le hará a cada frac¬ción o alícuota para composición.
Muestreo
El primer paso para realizar un muestreo es ga¬rantizar condiciones que proporcionen con¬fiabilidad en la obtención de resultados, para esto se debe conocer con anterioridad el lugar o lugares de aforo y toma de muestras, el tipo de muestra, la frecuencia de muestreo, preservación adecuada con base en los parámetros a analizar, los cuales dependerán del tipo de industria a la cual se le realice la caracterización de aguas residuales. Apoyados en lo anterior se puede asegurar que la muestra tomada es representativa y si se tiene un correcto análisis de resultados se pueden obtener bases para el diseño de los sistemas de tratamiento y de la aplicación de modelos matemáticos que simulan el comportamiento de las corrientes de aguas.
En el Punto Lista de chequeo, manipulación y preservación de muestras, se presentan algunas recomen¬daciones acerca de la forma de manejo y pre¬servación de muestras, para garantizar muestras representativas, es decir, que suministren datos confiables.
Tipos de muestreo
Muestreo manual
El muestreo manual se realiza cuando se tienen sitios de fácil acceso o aquellos que por medio de ciertas adaptaciones pueden facilitar la toma de muestras. La ventaja de éste tipo de muestreo es permitir al encargado de tomar la muestra, observar cambios en las características del agua en cuanto o sustancias flotantes, color, olor; au¬mento o disminución de caudales, etc.
Muestreo automático
El muestreo automático es aconsejable cuando los sitios son de difícil acceso o cuando se justi¬fica y se tiene la facilidad de contar con un muestreador automático. Tiene como ventaja más precisión en la toma de muestras y como desventaja la complejidad de su montaje y calibración, además de que requieren revisio¬nes continuas para evitar atascamientos u otras fallas.
En el caso de realizar un muestreo automático es necesario seleccionar cuidadosamente el equipo de muestreo, teniendo en cuenta la ca¬pacidad para recolectar la muestra y las carac¬terísticas del afluente y del efluente.
Sitios de muestreo
En los sitios de difícil acceso es necesario adecuar la estructura de construcción de tal manera que se pueda facilitar la caracterización de las aguas residuales. Las muestras deberán tomarse en sitios que tengan suficiente mezcla y alta velocidad, de tal forma que se evite sedimentación de sólidos ó acumulación de gra¬sas y aceites; además, estos sitios deben estar libres de gases tóxicos e inflamables.
Paro lograr una identificación de los posibles sitios de muestreo es necesario un conocimien¬to general de la red de alcantarillados y las zo¬nas de descarga de los diferentes procesos. En alcantarillados, canales angostos y profundos, las muestras deben extraerse de un lugar ubicado a un tercio de la profundidad del agua a partir del fondo. En canales amplios, el punto de recolección debe alternarse a lo ancho del canal.
En el caso de un río, no se deben ubicar los sitios de muestreo cerca de las orillas, fondo o superficie de éste, puesto que dichos sitios no son representativos, éstas deberán tomarse a por lo menos 30 cms. del fondo. Si recibe las descargas de un tributario son necesarios por lo menos dos puntos de muestreo, uno aguas arriba de la descarga y otro aguas abajo donde la mezcla sea completa, esto según la necesidad o información que se quiera tener de la caracterización.
Es fundamental conocer el caudal en el momento de muestreo, por ello, es conveniente ubicar las estaciones de muestreo cerca o en la misma estación de aforo. En el momento de la toma es importante tener cuidado de evitar la creación de turbulencia excesiva que pueda liberar los gases disueltos lo cual afecta la representatividad de la muestra.
Es necesario aclarar que un solo muestreo no es suficiente para definir la calidad del agua en todo un sistema. Para que la caracterización sea representativa en el caso de una industria, se debe asegurar que cada uno de los sitios de muestreo recoja todos los vertimientos de los diferentes procesos industriales y domésticos, además se garantiza una mayor confiabilidad de los datos si ésta se realiza durante todo el turno de trabajo, (tiempo de generación de agua residual); esto es válido para cualquier empresa o entidad que requiera hacer el estudio de ca¬racterización de aguas residuales, en caso de no poderse realizar el aforo y muestreo en todo el turno de trabajo, dicha caracterización per¬mite dar una idea del comportamiento del agua residual en el tiempo muestreado.
Como se puede observar en la figura 2 para la caracterización de aguas residuales de la IN¬DUSTRIA X la muestra se debe tomar en el pun¬to 6, en el cual se concentran las aguas residuales de todos los procesos industriales.
Si en la INDUSTRIA X se dan cinco (5) procesos diferentes, y en uno de ellos, en este caso el proceso 1, se quiere conocer las concentraciones de los contaminantes que se esta emitiendo (bien sea para la optimización del proceso o mirar el efecto que causa el vertido sobre el agua residual de dicha empresa), se podrá tomar la muestra en el punto 1, antes de unirse a las aguas residuales provenientes del proceso 2.
Si los procesos 4 y 5 tienen las mismas características en cuanto a uso de materias primas, pro¬ducción de aguas residuales, y se quiere anali¬zar la concentración de contaminantes, se podrá realizar el muestreo en el punto 5, etc.
Frecuencia de muestreo
Para escoger el número de muestras y los inter¬valos en la toma de ellas, es importante tener un conocimiento de los procesos que intervie¬nen en la generación de aguas residuales que permitan determinar la variabilidad de las con¬centraciones de los contaminantes y el grado de variación del caudal, lo cual determinará el intervalo de tiempo del muestreo.
A medida que disminuye la variabilidad con el tiempo, la frecuencia de muestro puede llevarse a rangos mas amplios, si aumenta la variabi¬lidad en su composición se deben tomar rangos de tiempos mas cortos, para conseguir unas muestras lo más representativas posibles.
Es recomendable tener períodos de tiempo uni¬formes de 20 minutos los cuales permiten hacer la estimación de la concentración media duran¬te el período de muestreo.
Para una mayor seguridad acerca de la frecuen¬cia del muestreo se recomienda realizar un aforo preliminar, el cual indicará el mejor rango de tiempo a seleccionar para la toma de muestras y la medida de caudal, este es un procedimiento opcional el cual se acordará entre la industria y la entidad encargada de realizar el muestreo.
Tipos de muestras
Los tipos de muestras más comunes son puntual, compuesta o integrada.
Muestra puntual
Muestra puntual es aquella que representa la composición del agua residual en el momento en que se hizo el muestreo, se recomienda to¬marla cuando:
• Las descargas de agua residual son intermi¬tentes, debido a las condiciones de los pro¬cesos industriales que los generen.
• La composición del agua residual es cons¬tante durante un período de tiempo conside¬rable o a través de una distancia en todas sus direcciones.
• El agua residual presenta variaciones en su composición, caudal, etc., con el tiempo y el espacio.
• Para el caso de análisis como Oxigeno Di¬suelto (OD), Temperatura (T), Cloro residual y otros gases disueltos, la muestra puntual es obligatoria.
• Para medir compuestos orgánicos volátiles tóxicos como Trihalometanos, Órgano clorados, Sulfuros y otros que pueden salir de la fase acuosa a la fase gaseosa continuamen¬te.
• Cuando se van a realizar análisis bacte¬riológicos.
Muestra compuesta
Cuando la composición del desecho presenta variabilidad, una muestra compuesta se confor¬ma con pequeñas muestras individuales que se toman ya sea proporcionales al flujo o al tiem¬po:
• Según el flujo: Tomando muestras de igual volumen, pero a intervalos de tiempo que son inversamente proporcionales al caudal de la corriente, es decir, que a mayor caudal de la corriente, menor los intervalos de tiempo de muestreo y viceversa.
• Según el tiempo: Se toman las muestras a in¬tervalos de tiempo constantes, pero el volu¬men de la muestra es proporcional al caudal de la corriente.
En ambos casos la cantidad de muestra a tomar depende del número y tipo de análisis que se van a realizar, el volumen mínimo es de 2 litros, las muestras individuales deben ser aproximadamente de 200 ml., si son tomadas con inter¬valos de una hora. Cuando los intervalos son muy pequeños de tres o cinco minutos, la canti¬dad mínima debe ser mayor o igual a 25 ml. El intervalo dependerá de la variabilidad del de¬secho con respecto al tiempo.
Es común tomar muestras compuestas durante 24 horas para conocer la descarga diaria, sin embargo de acuerdo al horario de funciona¬miento de las operaciones que se realicen en la empresa a la cual se le va a hacer lo caracteri¬zación de aguas residuales, se pueden tener muestras compuestas de 2, 4, 8, 16, ó 24 horas, pero debe tenerse en cuenta que algunas sustancias biodegradables no se prestan para muestras compuestas de largo tiempo (más de 24 horas).
Este tipo de muestra se compone, tomando y mezclando en un mismo recipiente un volumen (alícuota) de muestra que se calcula de la si¬guiente forma:
Vi= (V/(n x Qp) ) x Qi
Vi : Volumen de cada alícuota.
V : Volumen total a componer (generalmen¬te 2,000 ml como mínimo).
Qp : Caudal promedio durante la jornada de aforo.
Qi : Caudal instantáneo de cada muestra individual.
n : Número de muestras tomadas.
Muestra integrada
Muestra integrada es aquella que se forma por la mezcla de muestras puntuales tomadas de diferentes puntos simultáneamente, o lo más cerca posible. Un ejemplo de este tipo de mues¬tra ocurre en un río o corriente que varía en com¬posición de acuerdo con el ancho y la profundi¬dad.
Lista de chequeo, manipulación y preservación de muestras
La lista de chequeo que aquí se presenta da una idea del mínimo de elementos que se deben te¬ner en cuenta en el momento de realizar un muestreo.
Lista de chequeo
1. Equipo de laboratorio
Cantidad de frascos necesarios según número de muestras.
• Nevera.
• Peachímetro.
• Termómetro.
• Frasco lavador.
• Frasco o balde para componer la muestra.
• Beaker plástico de 100 ml.
• Hielo.
• Sustancias Preservantes.
2. Equipo auxiliar
• Flexómetro.
• Cronómetro.
• Calculadora.
• Regla.
• Cinta de enmascarar.
• Tabla con formatos.
• Manila.
3. Equipo de seguridad personal
• Guantes.
• Máscara con filtro.
• Botas.
• Linterna.
• Capa impermeable.
• Cascos.
• Sacudidor o toalla de manos.
Manipulación de muestras
Lo toma de muestra en sí constituye la fase más importante para el éxito de los resultados obte¬nidos en una caracterización de aguas residuales, y para ello es necesario tener en cuen¬ta las siguientes recomendaciones:
• Obtener una muestra representativa.
• Evitar que al tomar la muestra se contamine con elementos extraños.
• Identificar la muestra en forma adecuada, anotando fecha, hora y localización exacta de la muestra, si son varias muestras toma¬das en el mismo sitio identificarlas con un número de acuerdo al orden de recolección, además en los formatos de campo deben ir anotados los datos de pH, temperatura y la persona encargada en la toma de la mues¬tra, también es importante las observaciones que se hayan realizado durante el muestreo.
ETIQUETA DE LA MUESTRA
SITIO DE MUESTREO:____________________________
NÚMERO DE MUESTRA:_________________________
FECHA: ________________________________________
HORA: ________________________________________
• La muestra debe tomarse en sitios bien mez¬clados.
• El recipiente se recomienda purgar o enjua¬gar con la muestra que se va a tomar una o dos veces.
• El volumen de la muestra debe ser tal que se puedan realizar todos los análisis programa¬dos, más una cantidad adicional para análi¬sis de comprobación.
• Selección del tipo y el volumen del recipiente en el cual se va a tomar la muestra, éstos re¬cipientes deben estar completamente limpios, sin ningún tipo de contaminación.
• Hacer una buena preservación de muestras para conservar sus propiedades físicas, químicas y bacteriológicas hasta el análisis. La refrigeración es una práctica aconsejable en el almacenamiento, sin embargo, se le debe dar tratamiento individual a cada mues¬tra según el tipo de análisis que se vaya a realizar.
• Llevar las muestras al laboratorio en un lapso de tiempo no mayor al período máximo de almacenamiento permitido para preservar sus características.
• Es conveniente registrar de ser posible los consumos de agua de abastecimiento por contador de la industria e identificar su uso (consumo humano, procesos productivos, tan¬ques de almacenamiento, procesos de lava¬do, enfriamiento y otros) con el fin de com¬parar los resultados de los aforos y hacer los respectivos balances de masa.
• Tener el personal capacitado para la toma y manipulación de las muestras.
Preservación de muestras
Para garantizar la integridad física, química y biológica de las muestras durante el período transcurrido entre la toma de muestras y los aná¬lisis de las mismas. La realización lo más rápida posible de los análisis son la mayor garantía de evitar el error provocado por el deterioro de la muestra. Las técnicas de preservación pueden únicamente retardar los cambios químicos y bio¬lógicos. Químicos como la hidrólisis de algu¬nos compuestos o disminuir lo volatilidad de algunos constituyentes y biológicos como inhibir la actividad metabólica de los microorganismos.
Los métodos de preservación generalmente se limitan al control del pH. Adición de compues¬tos químicos, refrigeración y congelación.
Las anteriores medidas evitan que:
- Los cationes metálicos pueden precipitarse como hidróxidos o
o formar complejos.
- Los estados de valencia de los iones pueden cambiar por oxidación
o reducción.
- La lisis celular puede incrementar la DBO y DQO.
- La productividad celular puede cambiar la DBO y DQO.
- El contenido de nitrógeno y fósforo orgánico puede cambiar.
miércoles, 16 de julio de 2008
miércoles, 25 de junio de 2008
Filtracion al Vacio
Filtración al vacío
El filtro al vacío que se emplea para eliminar el agua de los iodos, consta de un tambor sobre el cual descansa el medio filtrante formado por una tela de algodón, lana, nylon, dynel, fibra de vidrio o de plástico, o una malla de acero inoxidable, o también una doble capa de limaduras de acero inoxidable. El tambor, va montado en un tanque sobre su eje horizontal y sumergido aproximadamente una cuarta parte en el lodo acondicionado. Las válvulas y la tubería están dispuestas de manera que, a medida que el tambor gira lentamente aplicando el vacío en el interior del medio filtrante, va extrayendo el agua de los lodos y manteniendo el lodo adherido a él.
Se continúa la aplicación del vacío hasta que el tambor gira fuera del lodo hasta llegar a la atmosfera. Esto hace que el agua salga del iodo, dejando una capa o torta húmeda sobre la superficie exterior, la cual es raspada, soplada o levantada del tambor, justamente antes de que vuelva a entrar nuevamente en el tanque de lodo.
La medida común del funcionamiento de los filtros de vacio es la cantidad de kilogramos por hora, de sólidos secos, que se recogen por cada metro cuadrado de superficie filtrante (libras por hora, de sólidos secos por pie cuadrado de superficie filtrante). Para diversos lodos, éstos pueden variar desde 12.3 para lodos activados, hasta 30 ó 55 para los lodos primarios mejor digeridos (en unidades inglesas: desde2.5 hasta 6 u 11). El contenido de humedad en la torta de lodos, también varía según su tipo, desde 80 a 84 por ciento en lodos activados crudos, hasta el 60 ó 68 por ciento en lodos primarios bien digeridos.
Aunque los costos de operación, incluyendo el acondicionamiento de los lodos para la filtración al vacio, son usualmente mayores que en los lechos, la filtración tiene la ventaja de requerir mucho menor superficie, de ser independiente de las estaciones del año y de poder eliminar la necesidad de digerirlos ya que los lodos crudos pueden ser deshidratados lo suficiente para permitir su incineración. Los detalles de operación de un filtro de vacio pueden variar un poco, según su manufactura, los productos químicos que se usen para el acondicionamiento y el tipo de lodos que se manejen. Sin embargo, unas cuantas indicaciones acerca del carácter general de la operación deben tomarse en cuenta. Tales sugestiones son:
· Los lodos acondicionados deben filtrarse lo más pronto posible, después de la adición de los productos químicos y el mezclado adecuado. El acondicionamiento continuo, por este motivo, debe preferirse al intermitente.
· Al filtrar lodos crudos, los lodos y sólidos de aguas negras frescas se filtran más fácilmente que los lodos sépticos o rancios. Esto es aplicable a la filtración- de lodos crudos.
· Usualmente se filtran más fácilmente los lodos completamente digeridos que los parcialmente digeridos.
· Es conveniente el concentrar los lodos que se vayan a filtrar, pues generalmente se filtran mejor los lodos con alto contenido de sólidos que los de bajo contenido.
· La presencia de aceites minerales y desechos de las plantas lavadoras en seco, dificulta la filtración de los lodos, Por lo tanto, tales desechos deben mantenerse fuera del alcantarillado y disponerse de ellos por separado.
· Puede prolongarse la vida del material que se use como medio filtrante, mediante un cuidado adecuado. Esto implica el lavado del material con aspersores a presión, después de cada periodo de uso, la separación de las grasas y aceites con solución de jabón caliente si hay obstrucción; el tratamiento con ácido clorhídrico diluido para eliminar las incrustaciones calizas, asi como mantener ajustada cuidadosamente la cuchilla raspadora al tambor para prevenir el rasgado del material filtrante.
· Generalmente se logran los mejores resultados en el acondicionamiento de los lodos, con soluciones diluidas de cloruro férrico (10 a 20%)
· Debe preferirse una cal de alta riqueza para los trabajos de filtración de lodos.
· Es necesario mantener un vacio uniforme, para lograr una operación satisfactoria. La pérdida o las fluctuaciones del vacio indican usualmente una rotura del material filtrante, lodos deficientemente o mal acondicionados o una distribución dispareja de los solidos de los lodos en la torta del filtro.
· Evítese el uso excesivo tic productos químicos. Frecuentemente se puede disminuir la cantidad de productos quimbos que se empleen para acondicionar, mediante el control cuidadoso del equipo de mezclado y floculación.
· Al terminar cada operación, debe limpiarse el filtro de vacio y sacar todos los lodos de la unidad. No deben regresarse estos lodos y el agua de lavado al tanque de almacenamiento de lodos, sino al canal de aguas negras crudas o a un digestor.
El filtro al vacío que se emplea para eliminar el agua de los iodos, consta de un tambor sobre el cual descansa el medio filtrante formado por una tela de algodón, lana, nylon, dynel, fibra de vidrio o de plástico, o una malla de acero inoxidable, o también una doble capa de limaduras de acero inoxidable. El tambor, va montado en un tanque sobre su eje horizontal y sumergido aproximadamente una cuarta parte en el lodo acondicionado. Las válvulas y la tubería están dispuestas de manera que, a medida que el tambor gira lentamente aplicando el vacío en el interior del medio filtrante, va extrayendo el agua de los lodos y manteniendo el lodo adherido a él.
Se continúa la aplicación del vacío hasta que el tambor gira fuera del lodo hasta llegar a la atmosfera. Esto hace que el agua salga del iodo, dejando una capa o torta húmeda sobre la superficie exterior, la cual es raspada, soplada o levantada del tambor, justamente antes de que vuelva a entrar nuevamente en el tanque de lodo.
La medida común del funcionamiento de los filtros de vacio es la cantidad de kilogramos por hora, de sólidos secos, que se recogen por cada metro cuadrado de superficie filtrante (libras por hora, de sólidos secos por pie cuadrado de superficie filtrante). Para diversos lodos, éstos pueden variar desde 12.3 para lodos activados, hasta 30 ó 55 para los lodos primarios mejor digeridos (en unidades inglesas: desde2.5 hasta 6 u 11). El contenido de humedad en la torta de lodos, también varía según su tipo, desde 80 a 84 por ciento en lodos activados crudos, hasta el 60 ó 68 por ciento en lodos primarios bien digeridos.
Aunque los costos de operación, incluyendo el acondicionamiento de los lodos para la filtración al vacio, son usualmente mayores que en los lechos, la filtración tiene la ventaja de requerir mucho menor superficie, de ser independiente de las estaciones del año y de poder eliminar la necesidad de digerirlos ya que los lodos crudos pueden ser deshidratados lo suficiente para permitir su incineración. Los detalles de operación de un filtro de vacio pueden variar un poco, según su manufactura, los productos químicos que se usen para el acondicionamiento y el tipo de lodos que se manejen. Sin embargo, unas cuantas indicaciones acerca del carácter general de la operación deben tomarse en cuenta. Tales sugestiones son:
· Los lodos acondicionados deben filtrarse lo más pronto posible, después de la adición de los productos químicos y el mezclado adecuado. El acondicionamiento continuo, por este motivo, debe preferirse al intermitente.
· Al filtrar lodos crudos, los lodos y sólidos de aguas negras frescas se filtran más fácilmente que los lodos sépticos o rancios. Esto es aplicable a la filtración- de lodos crudos.
· Usualmente se filtran más fácilmente los lodos completamente digeridos que los parcialmente digeridos.
· Es conveniente el concentrar los lodos que se vayan a filtrar, pues generalmente se filtran mejor los lodos con alto contenido de sólidos que los de bajo contenido.
· La presencia de aceites minerales y desechos de las plantas lavadoras en seco, dificulta la filtración de los lodos, Por lo tanto, tales desechos deben mantenerse fuera del alcantarillado y disponerse de ellos por separado.
· Puede prolongarse la vida del material que se use como medio filtrante, mediante un cuidado adecuado. Esto implica el lavado del material con aspersores a presión, después de cada periodo de uso, la separación de las grasas y aceites con solución de jabón caliente si hay obstrucción; el tratamiento con ácido clorhídrico diluido para eliminar las incrustaciones calizas, asi como mantener ajustada cuidadosamente la cuchilla raspadora al tambor para prevenir el rasgado del material filtrante.
· Generalmente se logran los mejores resultados en el acondicionamiento de los lodos, con soluciones diluidas de cloruro férrico (10 a 20%)
· Debe preferirse una cal de alta riqueza para los trabajos de filtración de lodos.
· Es necesario mantener un vacio uniforme, para lograr una operación satisfactoria. La pérdida o las fluctuaciones del vacio indican usualmente una rotura del material filtrante, lodos deficientemente o mal acondicionados o una distribución dispareja de los solidos de los lodos en la torta del filtro.
· Evítese el uso excesivo tic productos químicos. Frecuentemente se puede disminuir la cantidad de productos quimbos que se empleen para acondicionar, mediante el control cuidadoso del equipo de mezclado y floculación.
· Al terminar cada operación, debe limpiarse el filtro de vacio y sacar todos los lodos de la unidad. No deben regresarse estos lodos y el agua de lavado al tanque de almacenamiento de lodos, sino al canal de aguas negras crudas o a un digestor.
Elutriacion
Elutriación
La palabra "Elutriación" significa purificar por lavado. En el tratamiento de lodos significa extraer de los lodos, por medio de agua o efluentes de plantas de tratamiento, los compuestos amínicos o amoniacales que se encuentren en cantidades excesivas para disminuir la demanda de coagulante. Por lo tanto, se usa como un pretratamiento, antes de la coagulación con productos químicos. Se lleva a cabo mezclando los lodos con agua o con efluente de la planta durante un período de tiempo muy corto, a menudo inferior a 20 segundos; por medio de agitación mecánica o por aire difundido. Entonces se deja sedimentar y el sobrenadante se regresa al proceso de tratamiento de aguas negras.
El proceso se lleva a cabo en tanques similares a los de sedimentación, generalmente por pares, en los que los Iodos y el agua de lavado entran por extremos opuestos. La tubería y los canales están dispuestos en tal forma que el agua de lavado que entra al segundo tanque ya se ha puesto en contacto con los lodos que han sido lavados en el primer tanque con aguas de lavado del segundo tanque. La cantidad de agua que se requiere es el doble o triple del volumen de lodos que se estén elutriando. En la figura 1 se muestra un diagrama de operación y una planta de los tanques para elutriación.
La elutriación presenta las siguientes ventajas:
1. Una disminución del 65 al 8O por ciento en la cantidad de productos químicos necesarios para el acondicionamiento.
2. Un menor contenido de cenizas en la torta del filtro.
3. Se requiere poca o ninguna Cal como producto acondicionador. Como sucede siempre en estos casos, salen a relucir los costos, por lo que, el costo del equipo, el de su operación y el de la disposición de las aguas de lavado, deberán balancearse contra los ahorros en productos químicos.
La palabra "Elutriación" significa purificar por lavado. En el tratamiento de lodos significa extraer de los lodos, por medio de agua o efluentes de plantas de tratamiento, los compuestos amínicos o amoniacales que se encuentren en cantidades excesivas para disminuir la demanda de coagulante. Por lo tanto, se usa como un pretratamiento, antes de la coagulación con productos químicos. Se lleva a cabo mezclando los lodos con agua o con efluente de la planta durante un período de tiempo muy corto, a menudo inferior a 20 segundos; por medio de agitación mecánica o por aire difundido. Entonces se deja sedimentar y el sobrenadante se regresa al proceso de tratamiento de aguas negras.
El proceso se lleva a cabo en tanques similares a los de sedimentación, generalmente por pares, en los que los Iodos y el agua de lavado entran por extremos opuestos. La tubería y los canales están dispuestos en tal forma que el agua de lavado que entra al segundo tanque ya se ha puesto en contacto con los lodos que han sido lavados en el primer tanque con aguas de lavado del segundo tanque. La cantidad de agua que se requiere es el doble o triple del volumen de lodos que se estén elutriando. En la figura 1 se muestra un diagrama de operación y una planta de los tanques para elutriación.
La elutriación presenta las siguientes ventajas:
1. Una disminución del 65 al 8O por ciento en la cantidad de productos químicos necesarios para el acondicionamiento.
2. Un menor contenido de cenizas en la torta del filtro.
3. Se requiere poca o ninguna Cal como producto acondicionador. Como sucede siempre en estos casos, salen a relucir los costos, por lo que, el costo del equipo, el de su operación y el de la disposición de las aguas de lavado, deberán balancearse contra los ahorros en productos químicos.
Digestion
Digestión
El propósito de la digestión es lograr los dos objetivos del tratamiento de los lodos, o sea: una disminución en el volumen y la descomposición de la materia orgánica muy putrescible hasta formar compuestos orgánicos e inorgánicos inertes o relativamente estables. Con excepción de los tanques sépticos y los de doble acción; la digestión se lleva a cabo en tanques separados que se usan únicamente para este fin.
Proceso de digestión. La digestión de los lodos se lleva a cabo en ausencia de oxigeno libre, por los organismos anaerobios. Por lo tanto, es una descomposición anaerobia. La materia sólida de los lodos crudos es aproximadamente en un 70 por ciento orgánica y en un 30 por ciento inorgánica o mineral. La mayor parte del agua de los lodos de aguas negras es agua "embebida" que no se separará de los sólidos. Los organismos vivos rompen la compleja estructura molecular de estos sólidos, liberando el agua "embebida" y obteniendo oxígeno y alimento para su desarrollo.
Los microorganismos (bacterias y otras formas), atacan en primer lugar a los sólidos solubles o disueltos, como los azúcares. De estas reacciones se forman ácidos orgánicos, a veces hasta de varios miles de ppm, y gases como anhídrido carbónico y ácido sulfhídrico. El valor del pH de los lodos, disminuye pasando de 6.8 a 5.1. Esto se conoce como etapa de fermentación ácida y procede con rapidez. En seguida viene una segunda etapa que llevan a cabo organismos a los que favorece un medio ambiente ácido, lo cual se conoce como período de digestión ácida, durante el cual los ácidos orgánicos y los compuestos nitrogenados son atacado y licuados con menor rapidez. Durante esta etapa, el valor del pH aumenta desde 5.1 hasta 6.8.
En la tercera etapa de la digestión, conocida como periodo de digestión intensa, estabilización y gasificación, son atacadas los materiales nitrogenados más resistentes, como son las proteínas, los aminoácidos y otros. El contenido de ácidos volátiles disminuye hasta menos de 500 ppm. El valor del pH aumenta desde 6.8 hasta 7.4. Se producen grandes volúmenes de gases con un 65 por ciento de metado (CH4), o más. El metano es un gas inoloro, muy inflamable, que puede usarse como combustible, según se describe en el capitulo 9. Los sólidos que aún quedan, son relativamente estables o lentamente putrescibles, pudiendo disponerse de ellos sin crear condiciones indeseables, teniendo además cierto valor en la agricultura, como se explica más adelante en este mismo capitulo.
El proceso total de digestión de los lodos puede compararse a una producción industrial en serie, en donde un grupo de operarios toma la materia prima y la acondiciona para que un segundo grupo de operarios con diferentes "aptitudes" sigan transformando la materia hasta llegar a un tercer grupo de operarios especializados que la convierte en los productos finales.
Cuando la digestión de los lodos se lleva cabo en un solo tanque, como sucede en el tanque séptico, el de doble acción y en el de digestión simple por separado, todas las etapas descritas tienen lugar continua y simultáneamente. Los sólidos frescos se van agregando a intervalos frecuentes con los sólidos estabilizados que se van retirando para ser sometidos a tratamiento posterior o disposición, a intervalos menos frecuentes. El licor que sobrenada en el digestor, asi como el producto de la licuefacción y la separación mecánica, se separan a intervalos frecuentes para dejar sitio a los sólidos frescos que se agreguen y siendo, por supuesto, eliminado constantemente el gas.
Como todas las etapas de la digestión se realizan en un sólo tanque, neutralizándose los ácidos que se producen en la primera etapa por el amoniaco que se produce en las siguientes etapas, los mejores y más rápidos resultados se logran cuando predomina sobre todos el valor del pH de la tercera etapa (6.8 a 7.4). Las primeras dos etapas de formación de ácidos y digestión o descomposición de los mismos, solo se ponen de manifiesto al iniciarse la operación en las unidades de digestión. Una vez que se establece una buena digestión alcalina, las etapas ácidas no son patentes, a no ser que la digestión normal sea trastornada por sobrecarga, productos químicos venenosos u otros motivos.
El progreso de la digestión puede medirse por la destrucción de la materia orgánica (sólidos volátiles), o por el volumen y composición de los gases que se produzcan, usando como indicador de la etapa el pH o el contenido de ácidos volátiles.
La disminución del contenido de materia orgánica, medida en función de los sólidos volátiles, indica la marcha de la digestión. Los lodos crudos contienen usualmente de 60 a 70 por ciento de sólidos volátiles, mientras que los lodos bien digeridos llegan a tener tan solo un 50 por ciento, lo que representa una disminución de alrededor del 50 por ciento. Imhoff y Fair indican que la disminución de la materia orgánica en los lodos primarios, puede llegar hasta un 66 por ciento, con un ligero aumento en el contenido de sólidos minerales disueltos.
Los lodos bien digeridos tienen color negro, olor alquitranoso no desagradable y, recogidos en una probeta de vidrio, deben presentar una estructura granular y mostrar canalizaciones bien marcadas causadas por el agua al subir a la superficie mientras los sólidos se asientan en el fondo.
Para aguas negras domésticas, tratadas en un tanque de digestión operado en condiciones normales, la producción de gases debe ser del orden de 750 litros por kilogramo de materia volátil destruida y por día (12 pies cúbicos por libra y por día). Esto indicará que para un 50 por ciento de disminución en la materia volátil, debe obtenerse una producción de gases de 375 litros por kilogramo de materia volátil, que se agregue (6 pies cúbicos por libra). Una cifra muy usada para los lodos de aguas negras domésticas de composición media, es ¡a que supone una producción de gases de 28 litros per cápita y por día (un pie cúbico per cápita y por día). Según sea su composición, los desechos industriales pueden elevar o bajar sensiblemente esta cifra. Los gases contienen usualmente un 70 por ciento de metano y un 30 por ciento de bióxido de carbono y otros gases inertes como el nitrógeno. Un contenido de gas carbónico, mayor del 35 por ciento, puede ser un indicio de que el proceso de digestión no marcha correctamente.
Muchas plantas de tratamiento de aguas negras tienen solamente una unidad de digestión, en donde se verifican todas las etapas de la digestión, mientras que otras tienen unidades múltiples. En este último caso, suele ser mejor operar los tanques en serie, como digestores primario y secundario. Los lodos crudos se bombean al digestor primario, desalojando parcialmente los lodos digeridos o el licor al digestor secundario. La mayor parte de la digestión, asi como la mayor producción de gases, se efectúa en la unidad primaria. El tanque secundario puede o no ser calentado, como se estudia más adelante en control de temperatura, hasta una temperatura ligeramente más baja, y habrá menor agitación debida a la producción de gases, obteniéndose asi un licor sobrenadante más claro, que con una sola unidad o en el digestor primario. La disposición de este licor presenta un problema singular que será tratado más adelante. Los lodos digeridos destinados a tratamiento ulterior y disposición, se extraen solamente del digestor secundario.
Raras veces se sigue el proceso de digestión hasta completarlo totalmente, pues por lo general se lleva únicamente hasta un grado en el que los sólidos resultantes, aun cuando sean orgánicos, hayan sufrido la descomposición suficiente para llegar a ser relativamente estables o inertes, como un material húmico.
Como la digestión es efectuada por organismos vivos, conviene proporcionarles un medio ambiente en el que sean más activos y lleven a cabo su trabajo en el menor tiempo posible. .Los factores ambientales que intervienen son la humedad, la temperatura, la disponibilidad de alimentación adecuada, y la alcalinidad. A estos factores podría añadirse la ausencia de productos químicos tóxicos para tales organismos. La humedad es siempre adecuada en los lodos de las aguas negras. Los otros tres factores merecen ser estudiados más ampliamente.
Temperatura. Se ha comprobado que la digestión de los lodos tiene lugar casi a cualquiera de las temperaturas que normalmente se encontrara, pero el tiempo que se tarda en completar la digestión varía mucho con la temperatura. Son también perjudiciales las variaciones bruscas de temperatura. A una temperatura de 12-13° C (55° F), se completa la digestión, hasta un 90 por ciento en unos 55 días. A medida que aumenta la temperatura, el tiempo disminuye, de manera que a 24° C (75° F), el tiempo se reduce a 35 días, a 30° C (85° F) baja a 26 días, y a 35° C (95° F) desciende a 24 días. Teóricamente, el tiempo de digestión de los lodos a 35° C (95° F), es igual a la mitad del que requiere a 15.56° C (60° F). Naturalmente que estas cifras son promedios, pues no se pueden establecer cifras exactas para todos los lodos cuya composición es variable. Los tiempos de digestión pueden disminuirse sensiblemente en digestores en donde se hace un mezclado eficiente de los lodos espesados.
La digestión que se lleva a cabo en el ámbito de temperaturas de 27 y 38° C (100°F), se llama mesofílica y es la más favorable para algunos organismos. Otros organismos trabajan mejor a temperaturas superiores a 38° C (100ºF), induciendo a la llamada digestión termofílica. Ambos tipos rinden resultados satisfactorios, pero en la práctica lo último queda restringida a la digestión de determinadas clases de sólidos orgánicos. El ámbito que se acostumbra en la operación del digestor es el de 30 a 35° C (85 a 95ºF), pero independientemente de la elección de temperatura, esta debe mantenerse consistentemente entre limites estrechos de uno a dos grados centígrados . A los organismos que trabajan no les prueban los cambios repentinos o amplios de temperatura en su ámbito de trabajo y rinden menos si esto ocurre.
No todas las plantas tienen recursos para calentar los lodos para la digestión. Cuando la unidad para la sedimentación primaria es un tanque séptico, no hay recursos para el calentamiento. Raras veces se puede calentar en un tanque de Imhoff, y se puede o no calentar en un tanque de doble acción. Generalmente se calientan los tanques que solamente sirven para la digestión, pero no siempre se hace asi.
Una razón importante para usar el calentamiento en los tanques de digestión, es el costo adicional que representa el construir un lugar de almacenamiento para conservar los lodos durante largo período de digestión, en comparación con un espacio mucho menor. Cuando se ha determinado la composición de las aguas negras, la capacidad del tanque debe calcularse a partir del volumen y composición de los lodos que se van a digerir, tomando en cuenta en forma debida el almacenamiento de los lodos y el licor sobrenadante. Cuando no se pueda disponer de tales, se puede usar la siguiente tabla para tanques convencionales que traten aguas negras domésticas.
TABLA 2
CAPACIDAD DE LOS DIGESTORES PARA VARIOS TIPOS DE PLATAS DE TRATAMIENTO
Tipo de planta
Capacidad que se recomienda para el digestor Pies cúbicos per cápita
Con calentamiento
Sin calentamiento
Tanques de Imhoff
3 a 4*
Tanques de Imhoff y filtro goteador
4 a 6*
Primario
2 a 3
4 a 6*
Primario y filtro goleador
4 a 5
8 a 10*
Lodos activados
4 a 6
8 a 12*
* Estas cifras se aplican generalmente en los Estados de la zona del Medio Atlántico (E.U. de A.). Al usar estas cifras en otras zonas deben tomarse en cuenta las diferentes condiciones climatológicas.
Las cifras anteriores corresponden a aguas negras domésticas, y deben aumentarse al tomar en consideración los solidos suspendidos en desechos industriales, o donde se anticipe que pueden haber cantidades apreciables de solidos de basuras provenientes del uso de molinos domésticos para basuras. Las cifras pueden disminuir en donde se usen espesadores para lodos como los que se han descrito. Los valores mayores deben usarse para plantas que den servicio a poblaciones de 5,000 habitantes o menos.
Otra razón importante para calentar los digestores es que la producción de gases es más rápida a temperaturas más altas. Así, en un tanque sin calentamiento que opera a una temperatura de digestión de 10°C (50°F), se producirán en 90 días alrededor de 436 litros de gases por kilogramo de materia volátil que se destruya (7 pies cúbicos por libra) ; mientras que se producirán alrededor de 750 litros partiendo de la misma cantidad de materia volátil, en 25 días de digestión a una temperatura de 30° C (12 pies cúbicos por libra a 56° F). Como estos gases son un subproducto combustible valioso de la digestión de los lodos, es importante el monto y continuidad de su producción, sin importar las condiciones climatológicas.
En los digestores con calentamiento, debe suministrarse el calor suficiente para:
1. Calentar los lodos crudos hasta que la temperatura que interese, sea uniforme en todo el tanque.
2. Evitar toda pérdida de calor por las paredes, tapa y fondo del tanque.
Se han usado varios métodos para suministrar el calor y son:
1. Circulación de agua caliente a 50° C (120°F), a través de tubería o serpentines fijados interiormente a las paredes del tanque.
2. Circulación de lodos mezclados del tanque de digestión, o de los lodos crudos, por un cambiador de calor fuera del tanque.
3. Combustión de los gases de los lodos en un calentador sumergido.
4. Inyección de vapor en el fondo del tanque.
5. Introducción de agua caliente o vapor a los lodos crudos, antes de que entren al tanque.
De los métodos anteriores, el primero es el que se usa con más frecuencia en las plantas más antiguas, pero el segundo está siendo cada vez más empleado en las nuevas instalaciones.
Suministro de alimentos. Debe procurarse la cantidad adecuada de alimentos para los organismos del digestor. Esta se encuentra en forma de sólidos de los lodos crudos provenientes de las diversas unidades de tratamiento de las aguas negras. El volumen total de sólidos de lodos que se bombeen al digestor, la velocidad de bombeo, y el grado de disponibilidad que se proporcione a los diversos grupos de organismos, son factores vitales en la operación eficiente del digestor. Si se agregan demasiados lodos a un digestor, predomina la primera etapa, o sea la ácida, a tal grado, que el medio se vuelve desfavorable para los organismos que llevan a cabo la segunda y tercera etapas de la digestión; se trastorna el equilibrio de todo el proceso de digestión, y se dice que el digestor está sobrecargado. Si esto se debe a un diseño de la planta mal balanceado, por el cual la capacidad del digestor resulta demasiado corta en relación con las unidades productoras de lodos, casi la única solución posible seria proveer capacidad adicional para la digestión. Sin embargo, hay otros factores que pueden perturbar el equilibrio del proceso y que están bajo el control del operador. En los digestores con calentamiento una falla en el mantenimiento de la temperatura uniforme de digestión, dentro del ámbito adecuado, trastorna el proceso. EÍ agregar sólidos frescos en grandes volúmenes a intervalos muy grandes, o descargar demasiados lodos digeridos de una vez, ocasiona una sobrecarga pasajera. En los tanques de digestión desprovistos de calentamiento cabe esperar condiciones similares por temporadas, y durante los meses de invierno los organismos del digestor están casi dormidos de manera que con el advenimiento de la época calurosa hay en el digestor una acumulación excesiva de sólidos de los lodos, casi crudos. Esto, junto con la digestión normalmente lenta de los tanques sin calentamiento, requiere de doble capacidad de almacenamiento que la requerida en los digestores que tienen calentamiento.
Los organismos de un digestor son más eficientes cuando se les suministra su alimentación en volúmenes cortos a intervalos frecuentes. Por esta razón deberían bombearse los sólidos frescos de los lodos, al digestor, con la mayor frecuencia posible de acuerdo con los medios de que se disponga y ron la atención que pueda poner el operador. Claro está que esto concuerda con el plan de descargar los lodos de las unidades de sedimentación, antes de que se vuelvan sépticos en ellas.
Mezclado y siembra. Al iniciar la operación de una unidad di-gestora, se pueden lograr los mas rápidos resultados poniendo al principio algo de lodos digeridos, si se pueden obtener de algún otro digestor o de otra planta cercana. De esta manera se pueden iniciar todas las etapas de la digestión casi simultáneamente, en lugar de hacerlo por etapas sucesivas. Esta siembra suministra una cantidad adecuada de organismos de la segunda y tercera etapas, que consuman los productos finales de la primera etapa, y asi la unidad "madurará" en menos tiempo.
Una vez normalizada la operación, la siembra de sólidos frescos agregados al digestor y mezclados con los lodos en digestión mejora grandemente la velocidad de digestión. Esta mezcla sirve para lograr varios propósitos:
1. Los sólidos frescos que entran se mezclan íntimamente con los lodos en digestión activa.
2. Se evita la formación de espuma.
3. Se mejora la transmisión del calor de los serpentines que hay en el interior, o de otros dispositivos para calentar los iodos.
Hay varios métodos para mejorar el mezclado, entre los cuales pueden mencionarse:
1. Agitación con paletas rotatorias y brazos rompeespumas.
2. Circulación forzada de los lodos y/o el sobrenadante, por medio de bombas o tiros forzados con impulsores.
3. Descarga de los gases de los lodos, comprimidos, por medio de difusores en el fondo del tanque de digestión.
El mezclado puede ser continuo o intermitente, pero de cualquier manera que se haga suministra a todos los organismos que trabajan el requerimiento alimenticio adecuado y ayuda a mantener una temperatura uniforme, para que todos los organismos puedan trabajar juntos en toda la masa del digestor, para alcanzar los resultados deseados. El mezclado intermitente permite la separación y eliminación del sobrenadante en un solo digestor. Con el mezclado continuo, la digestión procede más rápidamente en todo el tanque, reduciéndose asi la capacidad que se necesita en el tanque. Este mezclado continuo requiere de un segundo tanque de digestión o almacenamiento, al cual pueden trasladarse los lodos en digestión para dejar sitio a los lodos frescos en el primer tanque y hacer posible la separación y remoción del sobrenadante en el segundo tanque.
Control del pH. El valor óptimo del pH de los lodos en un digestor, es muy cercano al valor neutro de 7.0, estando generalmente dentro del ámbito de 6.8 a 7.4, siendo muy comunes los valores de 7.0 y 7.2, En este ámbito, todos los organismos pueden desarrollar sus funciones. Generalmente, en un digestor bien diseñado y operado, es posible mantener un equilibrio entre los solidos frescos y los que están en digestión, de manera que la reacción permanecerá dentro de estos limites favorables, siendo neutralizados los ácidos producidos en la primera etapa por la producción alcalina de la segunda etapa, y el material de la tercera etapa actuará como amortiguador, contra cualquier cambio del pH. Si hay variaciones notables del pH fuera del ámbito de 6.8 a 7.4, quiere decir que el proceso de digestión está desequilibrado.
Tipos de digestores para lodos Hay muchos tipos de unidades que se usan para la digestión de lodos, que se diferencian en su construcción y recursos para la operación. Se pueden clasificar en:
1. UNIDADES DIGESTORAS que forman parte del tanque de sedimentación, como sucede con los tanques sépticos y los de doble acción. En los primeros, los lodos en digestión están en contacto con las aguas negras en sedimentación, mientras que en los otros las dos funciones se llevan a cabo en compartimientos separados.
2. TANQUES SEPARADOS que se usan exclusivamente para digestión. Estos pueden subdividirse en:
a) Cubiertos o descubiertos. En los tanques descubiertos, los gases escapan directamente a la atmósfera, mientras que en los cubiertos el gas se recoge y sirve como combustible para motores de gas o para calefacción- Las cubiertas pueden ser estacionarias o "fijas", o pueden ser "flotantes", subiendo o bajando de acuerdo con la cantidad de lodos y de gases que se acumulen.
b) Con o sin calentamiento.
c) Con o sin agitadores o dispositivos para el mezclado.
Procedimientos para el control de la operación en tanques de digestión de lodos, separados, no es posible tratar todos los problemas que pueden surgir de la operación de las unidades digestoras de Iodos. Sin embargo, hay muchos procedimientos rutinarios que usualmente dan los mejores resultados con los tanques digestores separados provistos de calentamiento, que son los más comunes. A continuación se mencionan algunos:
1. Bombeo de los lodos. Los lodos deben extraerse de las unidades de sedimentación, antes de que se vuelvan sépticos, y deben ser lo más espesos que sea posible y aun asi que puedan manejarse satisfactoriamente a través de las bombas y la tubería. Un lodo diluido contiene agua innecesaria que ocupa espacio y que además hay que calentar.
Los Iodos deben agregarse al digestor a intervalos frecuentes; cuando menos dos veces al día o con mayor frecuencia si es posible. Las adiciones cortas a intervalos frecuentes garantizan un abastecimiento alimenticio más constante para los organismos y una velocidad de digestión más uniforme. Con los digestores de cubierta fija, debe ser lenta la velocidad de adición para que sean mínimos los disturbios en el sobrenadante, el cual se descarga del digestor al mismo tiempo que se está agregando el Iodo. Esto no es tan importante en los digestores de cubierta flotante, pues el sobrenadante no es descargado necesariamente al mismo tiempo. Por lo general, los sólidos frescos que se agreguen (base seca) diariamente, no deben exceder del cinco por ciento del total de sólidos (base seca), que haya en el digestor.
La selección de bombas para bombear los lodos, depende de nuches factores, como el tamaño de la planta, la economía y el mantenimiento. Se han usado bombas de émbolo, de diafragma, centrífugas y modificaciones de las centrifugas. También se han utilizado las trompas de aire y los eyectores, y recientemente en algunas llantas si; han instalado bombas rotativas de desplazamiento positivo, para bombear lodos espesos.
2. Operación de digestores en dos etapas. La digestión en dos etapas requiere de dos compartimientos o de dos tanques y separa el periodo inicial de digestión violenta, del periodo final más lento. En el digestor primario, los lodos crudos que entran se mezclan bien con la semilla y se mantiene bien mezclado el contenido del tanque, por medio de agitadores mecánicos o por recirculación, si fuese necesario. A pesar de la agitación es normal que ocurra alguna separación de lodos, depositándose el material más pesado en el fondo del tanque. El proceso de digestión se completa en el tanque secundario, donde la producción de gases es menor, por lo cual es menos intenso el mezclado obteniéndose un sobrenadante mucho más claro que e¡ que se obtendría en un digestor de una sola etapa.
Cuando se verifica la digestión en dos etapas con un digestor primario de cubierta fija, normalmente al bombear lodos crudos al digestor primarlo, son trasladados el sobrenadante y lodos ligeros al digestor secundario. Los lodos digeridos y el sobrenadante se descargan del digestor secundario tal como se hace en el digestor simple. Si el digestor primario tiende a perder su equilibrio y baja el pH, pueden bombearse lodos del fondo del digestor secundario al primario, para proveerlo de semilla adicional que mantenga alcalina la digestión.. El sobrenadante debe transferirse simultáneamente del digestor primario al secundario. Normalmente, la temperatura en el digestor secundario debe mantenerse entre 3 y 6° C (5 a 10° F) por debajo de la del digestor primario para que se pueda separar mejor el sobrenadante. En condiciones normales, esto hace innecesario el calentamiento del digestor secundario, excepto durante la época más fría del ano. Sin embargo, si no se obtiene una digestión completa, la temperatura debe aumentarse hasta 32 ó 35° C (90 ó 95° F).
Cuando la digestión se verifica en dos etapas con un digestor primario de cubierta flotante, éste puede operarse igual que el de cubierta fija, con descarga automática del sobrenadante o lodos ligeros, a través de la línea de rebose. Alternativamente puede hacerse esta descarga cada dos o tres días. En otros aspectos, la operación es similar a la del digestor primario de cubierta fija.
3. Control de temperatura. En el digestor debe mantenerse la temperatura dentro de un ámbito de dos o tres grados F de la seleccionada, la cual es usualmente fijada entre 85 y 95° F (30 a 35° C). Cuando el digestor tiene serpentines de calentamiento, el agua que circule por ellos debe estar lo suficientemente caliente para mantener la temperatura de los lodos, pero no debe pasar de los 54-55° C (130° F) pues a temperaturas de 60° C (140°F) o superiores, los lodos se pegarán sobre los serpentines formando una capa aislante que disminuye la eficiencia de la transmisión del calor.
4. Control del pH. La reacción de los lodos debe mantenerse muy cercana a la neutralidad, entre un pH de 6.8 a 7.4. Algunos afirman que el agregar cal neutraliza los lodos demasiado ácidos. mientras que otros sostienen que la cal es inoperante en un digestor. Ciertamente, la adición de cal no es un curalotodo para los lodos ácidos. En operaciones normales, esta condición puede evitarse o corregirse mediante el control adecuado de la alimentación de lodos frescos.
5. Agitación. Cuando se pueda disponer de dispositivos para agitación, éstos deben usarse a intervalos lo bastante frecuentes para garantizar la siembra adecuada de sólidos frescos con los lodos en etapas avanzadas de la digestión. Esto hará que la digestión sea más rápida y uniforme, ayudará a impedir la formación de espuma y disminuirá las posibilidades de que se presenten serias dificultades por tal causa.
6. Descarga del sobrenadante. El sobrenadante es el liquido del digestor, que queda sobre los lodos sólidos. Es el licor que se ha separado de los sólidos de los lodos. Aunque el sobrenadante pueda contener pocos sólidos suspendidos, su contenido en materia orgánica disuelta es alto y ésta se descompone rápidamente produciendo olores molestos, por lo que el sobrenadante se sujeta generalmente a un tratamiento antes de su disposición.
El sobrenadante se descarga del digestor para disminuir el volumen de los lodos que quedan en el digestor, concentrando el contenido de sólidos y dejando espacio para que sea ocupado por los sólidos frescos que se agreguen.
Con los digestores de cubierta fija, el sobrenadante se descarga al mismo tiempo y a la misma velocidad que se van agregando los lodos crudos. Esta es una razón más por la cual los lodos crudos deben bombearse a intervalos frecuentes y durante periodos cortos, previniéndose la descarga de grandes volúmenes de sobrenadante en un corto periodo de tiempo. Lo más importante es que se mantenga limpia la salida del sobrenadante. Si se obstruye, la adición de Iodos frescos puede aumentar la presión interna hasta tal punto, que la cubierta pueda levantarse o romperse.
Con los digestores de cubierta flotante, la seguridad de la cubierta no es un factor de importancia y es posible descargar el sobranadante lentamente durante un periodo largo de tiempo. Cuando los lodos se agiten por medio de agitadores o por recirculación, es conveniente que haya un periodo de reposo de algunas horas, antes de descargar el sobrenadante, para dejar que éste se separe del resto del contenido del digestor.
Se emplean diversos métodos para disponer del sobrenadante. Probablemente el procedimiento más corriente en el de agregarlo al influente de los tanques de sedimentación primaria. Esto puede originar dificultades, haciendo que el tanque se vuelva séptico. En algunas plantas se ha encontrado ventajoso el regresar el sobrenadante al influente de un tanque de aeración de lodos activados o de un filtro goleador. Cuando las unidades primaria y secundaria, de tratamiento de aguas negras, no sean capaces de soportar esta sobrecarga sin detrimento, se recurre a los lechos de lodos, o lagunas, según se describe más adelante. Aun en estos casos, se acostumbra regresar el sobrenadante clarificado al proceso de tratamiento. Las lagunas pueden originar olores inconvenientes y por tal motivo debe determinarse muy cuidadosamente su ubicación.
Descarga de los lodos digeridos. El tipo de digestor, el tratamiento subsecuente de los lodos, la época del año, y la necesidad de espacio de almacenamiento para lodos crudos, son los factores que rigen generalmente la descarga de los lodos digeridos. Siempre es importante dejar suficientes lodos digeridos para sembrar los lodos crudos y mantener la digestión balanceada y con reacción casi neutra. En los digestores provistos de calentamiento, siempre se deja la misma cantidad de lodos digeridos, sin que importe la época del año. En los digestores sin calentamiento debe retenerse como doble cantidad de lodos digeridos, que la normal, a medida que se acerca el invierno. Normalmente es razonable dejar unos 120 cm de Iodos digeridos, sobre el nivel de la tolva de descarga. La descarga de cantidades adecuadas a intervalos regulares es mejor que grandes descargas, porque se llega a sobrecargar el digestor y esto agrava generalmente el problema descompensándose el equilibrio de la reacción.
Normalmente sólo se deben descargar lodos bien digeridos. Las franjas de color café claro, que destacan sobre el color oscuro de los lodos bien digeridos, son señales de que se está descargando material sin digerir.
En los digestores cubiertos es de primordial importancia tener la seguridad de que no entre aire al tanque, durante la descarga de Iodos. Debe tenerse cuidado de no ejercer ninguna presión negativa al descargar los lodos digeridos de un digestor con cubierta fija.
Esto puede lograrse agregando Iodos crudos, aguas negras, gases o agua de un tanque auxiliar, al mismo tiempo que se estén descargando los lodos del tanque de digestión. La adición de aire a los gases del digestor produce una mezcla muy explosiva y peligrosa. Es igualmente importante vigilar que funcionen bien los sistemas de seguridad existentes para impedir que se desarrolle una presión hidrostática excesiva, bajo una cubierta fija. El sistema mas usual consiste en tener una línea de rebose, sin válvulas, que debe- mantenerse libre en todo momento.
El propósito de la digestión es lograr los dos objetivos del tratamiento de los lodos, o sea: una disminución en el volumen y la descomposición de la materia orgánica muy putrescible hasta formar compuestos orgánicos e inorgánicos inertes o relativamente estables. Con excepción de los tanques sépticos y los de doble acción; la digestión se lleva a cabo en tanques separados que se usan únicamente para este fin.
Proceso de digestión. La digestión de los lodos se lleva a cabo en ausencia de oxigeno libre, por los organismos anaerobios. Por lo tanto, es una descomposición anaerobia. La materia sólida de los lodos crudos es aproximadamente en un 70 por ciento orgánica y en un 30 por ciento inorgánica o mineral. La mayor parte del agua de los lodos de aguas negras es agua "embebida" que no se separará de los sólidos. Los organismos vivos rompen la compleja estructura molecular de estos sólidos, liberando el agua "embebida" y obteniendo oxígeno y alimento para su desarrollo.
Los microorganismos (bacterias y otras formas), atacan en primer lugar a los sólidos solubles o disueltos, como los azúcares. De estas reacciones se forman ácidos orgánicos, a veces hasta de varios miles de ppm, y gases como anhídrido carbónico y ácido sulfhídrico. El valor del pH de los lodos, disminuye pasando de 6.8 a 5.1. Esto se conoce como etapa de fermentación ácida y procede con rapidez. En seguida viene una segunda etapa que llevan a cabo organismos a los que favorece un medio ambiente ácido, lo cual se conoce como período de digestión ácida, durante el cual los ácidos orgánicos y los compuestos nitrogenados son atacado y licuados con menor rapidez. Durante esta etapa, el valor del pH aumenta desde 5.1 hasta 6.8.
En la tercera etapa de la digestión, conocida como periodo de digestión intensa, estabilización y gasificación, son atacadas los materiales nitrogenados más resistentes, como son las proteínas, los aminoácidos y otros. El contenido de ácidos volátiles disminuye hasta menos de 500 ppm. El valor del pH aumenta desde 6.8 hasta 7.4. Se producen grandes volúmenes de gases con un 65 por ciento de metado (CH4), o más. El metano es un gas inoloro, muy inflamable, que puede usarse como combustible, según se describe en el capitulo 9. Los sólidos que aún quedan, son relativamente estables o lentamente putrescibles, pudiendo disponerse de ellos sin crear condiciones indeseables, teniendo además cierto valor en la agricultura, como se explica más adelante en este mismo capitulo.
El proceso total de digestión de los lodos puede compararse a una producción industrial en serie, en donde un grupo de operarios toma la materia prima y la acondiciona para que un segundo grupo de operarios con diferentes "aptitudes" sigan transformando la materia hasta llegar a un tercer grupo de operarios especializados que la convierte en los productos finales.
Cuando la digestión de los lodos se lleva cabo en un solo tanque, como sucede en el tanque séptico, el de doble acción y en el de digestión simple por separado, todas las etapas descritas tienen lugar continua y simultáneamente. Los sólidos frescos se van agregando a intervalos frecuentes con los sólidos estabilizados que se van retirando para ser sometidos a tratamiento posterior o disposición, a intervalos menos frecuentes. El licor que sobrenada en el digestor, asi como el producto de la licuefacción y la separación mecánica, se separan a intervalos frecuentes para dejar sitio a los sólidos frescos que se agreguen y siendo, por supuesto, eliminado constantemente el gas.
Como todas las etapas de la digestión se realizan en un sólo tanque, neutralizándose los ácidos que se producen en la primera etapa por el amoniaco que se produce en las siguientes etapas, los mejores y más rápidos resultados se logran cuando predomina sobre todos el valor del pH de la tercera etapa (6.8 a 7.4). Las primeras dos etapas de formación de ácidos y digestión o descomposición de los mismos, solo se ponen de manifiesto al iniciarse la operación en las unidades de digestión. Una vez que se establece una buena digestión alcalina, las etapas ácidas no son patentes, a no ser que la digestión normal sea trastornada por sobrecarga, productos químicos venenosos u otros motivos.
El progreso de la digestión puede medirse por la destrucción de la materia orgánica (sólidos volátiles), o por el volumen y composición de los gases que se produzcan, usando como indicador de la etapa el pH o el contenido de ácidos volátiles.
La disminución del contenido de materia orgánica, medida en función de los sólidos volátiles, indica la marcha de la digestión. Los lodos crudos contienen usualmente de 60 a 70 por ciento de sólidos volátiles, mientras que los lodos bien digeridos llegan a tener tan solo un 50 por ciento, lo que representa una disminución de alrededor del 50 por ciento. Imhoff y Fair indican que la disminución de la materia orgánica en los lodos primarios, puede llegar hasta un 66 por ciento, con un ligero aumento en el contenido de sólidos minerales disueltos.
Los lodos bien digeridos tienen color negro, olor alquitranoso no desagradable y, recogidos en una probeta de vidrio, deben presentar una estructura granular y mostrar canalizaciones bien marcadas causadas por el agua al subir a la superficie mientras los sólidos se asientan en el fondo.
Para aguas negras domésticas, tratadas en un tanque de digestión operado en condiciones normales, la producción de gases debe ser del orden de 750 litros por kilogramo de materia volátil destruida y por día (12 pies cúbicos por libra y por día). Esto indicará que para un 50 por ciento de disminución en la materia volátil, debe obtenerse una producción de gases de 375 litros por kilogramo de materia volátil, que se agregue (6 pies cúbicos por libra). Una cifra muy usada para los lodos de aguas negras domésticas de composición media, es ¡a que supone una producción de gases de 28 litros per cápita y por día (un pie cúbico per cápita y por día). Según sea su composición, los desechos industriales pueden elevar o bajar sensiblemente esta cifra. Los gases contienen usualmente un 70 por ciento de metano y un 30 por ciento de bióxido de carbono y otros gases inertes como el nitrógeno. Un contenido de gas carbónico, mayor del 35 por ciento, puede ser un indicio de que el proceso de digestión no marcha correctamente.
Muchas plantas de tratamiento de aguas negras tienen solamente una unidad de digestión, en donde se verifican todas las etapas de la digestión, mientras que otras tienen unidades múltiples. En este último caso, suele ser mejor operar los tanques en serie, como digestores primario y secundario. Los lodos crudos se bombean al digestor primario, desalojando parcialmente los lodos digeridos o el licor al digestor secundario. La mayor parte de la digestión, asi como la mayor producción de gases, se efectúa en la unidad primaria. El tanque secundario puede o no ser calentado, como se estudia más adelante en control de temperatura, hasta una temperatura ligeramente más baja, y habrá menor agitación debida a la producción de gases, obteniéndose asi un licor sobrenadante más claro, que con una sola unidad o en el digestor primario. La disposición de este licor presenta un problema singular que será tratado más adelante. Los lodos digeridos destinados a tratamiento ulterior y disposición, se extraen solamente del digestor secundario.
Raras veces se sigue el proceso de digestión hasta completarlo totalmente, pues por lo general se lleva únicamente hasta un grado en el que los sólidos resultantes, aun cuando sean orgánicos, hayan sufrido la descomposición suficiente para llegar a ser relativamente estables o inertes, como un material húmico.
Como la digestión es efectuada por organismos vivos, conviene proporcionarles un medio ambiente en el que sean más activos y lleven a cabo su trabajo en el menor tiempo posible. .Los factores ambientales que intervienen son la humedad, la temperatura, la disponibilidad de alimentación adecuada, y la alcalinidad. A estos factores podría añadirse la ausencia de productos químicos tóxicos para tales organismos. La humedad es siempre adecuada en los lodos de las aguas negras. Los otros tres factores merecen ser estudiados más ampliamente.
Temperatura. Se ha comprobado que la digestión de los lodos tiene lugar casi a cualquiera de las temperaturas que normalmente se encontrara, pero el tiempo que se tarda en completar la digestión varía mucho con la temperatura. Son también perjudiciales las variaciones bruscas de temperatura. A una temperatura de 12-13° C (55° F), se completa la digestión, hasta un 90 por ciento en unos 55 días. A medida que aumenta la temperatura, el tiempo disminuye, de manera que a 24° C (75° F), el tiempo se reduce a 35 días, a 30° C (85° F) baja a 26 días, y a 35° C (95° F) desciende a 24 días. Teóricamente, el tiempo de digestión de los lodos a 35° C (95° F), es igual a la mitad del que requiere a 15.56° C (60° F). Naturalmente que estas cifras son promedios, pues no se pueden establecer cifras exactas para todos los lodos cuya composición es variable. Los tiempos de digestión pueden disminuirse sensiblemente en digestores en donde se hace un mezclado eficiente de los lodos espesados.
La digestión que se lleva a cabo en el ámbito de temperaturas de 27 y 38° C (100°F), se llama mesofílica y es la más favorable para algunos organismos. Otros organismos trabajan mejor a temperaturas superiores a 38° C (100ºF), induciendo a la llamada digestión termofílica. Ambos tipos rinden resultados satisfactorios, pero en la práctica lo último queda restringida a la digestión de determinadas clases de sólidos orgánicos. El ámbito que se acostumbra en la operación del digestor es el de 30 a 35° C (85 a 95ºF), pero independientemente de la elección de temperatura, esta debe mantenerse consistentemente entre limites estrechos de uno a dos grados centígrados . A los organismos que trabajan no les prueban los cambios repentinos o amplios de temperatura en su ámbito de trabajo y rinden menos si esto ocurre.
No todas las plantas tienen recursos para calentar los lodos para la digestión. Cuando la unidad para la sedimentación primaria es un tanque séptico, no hay recursos para el calentamiento. Raras veces se puede calentar en un tanque de Imhoff, y se puede o no calentar en un tanque de doble acción. Generalmente se calientan los tanques que solamente sirven para la digestión, pero no siempre se hace asi.
Una razón importante para usar el calentamiento en los tanques de digestión, es el costo adicional que representa el construir un lugar de almacenamiento para conservar los lodos durante largo período de digestión, en comparación con un espacio mucho menor. Cuando se ha determinado la composición de las aguas negras, la capacidad del tanque debe calcularse a partir del volumen y composición de los lodos que se van a digerir, tomando en cuenta en forma debida el almacenamiento de los lodos y el licor sobrenadante. Cuando no se pueda disponer de tales, se puede usar la siguiente tabla para tanques convencionales que traten aguas negras domésticas.
TABLA 2
CAPACIDAD DE LOS DIGESTORES PARA VARIOS TIPOS DE PLATAS DE TRATAMIENTO
Tipo de planta
Capacidad que se recomienda para el digestor Pies cúbicos per cápita
Con calentamiento
Sin calentamiento
Tanques de Imhoff
3 a 4*
Tanques de Imhoff y filtro goteador
4 a 6*
Primario
2 a 3
4 a 6*
Primario y filtro goleador
4 a 5
8 a 10*
Lodos activados
4 a 6
8 a 12*
* Estas cifras se aplican generalmente en los Estados de la zona del Medio Atlántico (E.U. de A.). Al usar estas cifras en otras zonas deben tomarse en cuenta las diferentes condiciones climatológicas.
Las cifras anteriores corresponden a aguas negras domésticas, y deben aumentarse al tomar en consideración los solidos suspendidos en desechos industriales, o donde se anticipe que pueden haber cantidades apreciables de solidos de basuras provenientes del uso de molinos domésticos para basuras. Las cifras pueden disminuir en donde se usen espesadores para lodos como los que se han descrito. Los valores mayores deben usarse para plantas que den servicio a poblaciones de 5,000 habitantes o menos.
Otra razón importante para calentar los digestores es que la producción de gases es más rápida a temperaturas más altas. Así, en un tanque sin calentamiento que opera a una temperatura de digestión de 10°C (50°F), se producirán en 90 días alrededor de 436 litros de gases por kilogramo de materia volátil que se destruya (7 pies cúbicos por libra) ; mientras que se producirán alrededor de 750 litros partiendo de la misma cantidad de materia volátil, en 25 días de digestión a una temperatura de 30° C (12 pies cúbicos por libra a 56° F). Como estos gases son un subproducto combustible valioso de la digestión de los lodos, es importante el monto y continuidad de su producción, sin importar las condiciones climatológicas.
En los digestores con calentamiento, debe suministrarse el calor suficiente para:
1. Calentar los lodos crudos hasta que la temperatura que interese, sea uniforme en todo el tanque.
2. Evitar toda pérdida de calor por las paredes, tapa y fondo del tanque.
Se han usado varios métodos para suministrar el calor y son:
1. Circulación de agua caliente a 50° C (120°F), a través de tubería o serpentines fijados interiormente a las paredes del tanque.
2. Circulación de lodos mezclados del tanque de digestión, o de los lodos crudos, por un cambiador de calor fuera del tanque.
3. Combustión de los gases de los lodos en un calentador sumergido.
4. Inyección de vapor en el fondo del tanque.
5. Introducción de agua caliente o vapor a los lodos crudos, antes de que entren al tanque.
De los métodos anteriores, el primero es el que se usa con más frecuencia en las plantas más antiguas, pero el segundo está siendo cada vez más empleado en las nuevas instalaciones.
Suministro de alimentos. Debe procurarse la cantidad adecuada de alimentos para los organismos del digestor. Esta se encuentra en forma de sólidos de los lodos crudos provenientes de las diversas unidades de tratamiento de las aguas negras. El volumen total de sólidos de lodos que se bombeen al digestor, la velocidad de bombeo, y el grado de disponibilidad que se proporcione a los diversos grupos de organismos, son factores vitales en la operación eficiente del digestor. Si se agregan demasiados lodos a un digestor, predomina la primera etapa, o sea la ácida, a tal grado, que el medio se vuelve desfavorable para los organismos que llevan a cabo la segunda y tercera etapas de la digestión; se trastorna el equilibrio de todo el proceso de digestión, y se dice que el digestor está sobrecargado. Si esto se debe a un diseño de la planta mal balanceado, por el cual la capacidad del digestor resulta demasiado corta en relación con las unidades productoras de lodos, casi la única solución posible seria proveer capacidad adicional para la digestión. Sin embargo, hay otros factores que pueden perturbar el equilibrio del proceso y que están bajo el control del operador. En los digestores con calentamiento una falla en el mantenimiento de la temperatura uniforme de digestión, dentro del ámbito adecuado, trastorna el proceso. EÍ agregar sólidos frescos en grandes volúmenes a intervalos muy grandes, o descargar demasiados lodos digeridos de una vez, ocasiona una sobrecarga pasajera. En los tanques de digestión desprovistos de calentamiento cabe esperar condiciones similares por temporadas, y durante los meses de invierno los organismos del digestor están casi dormidos de manera que con el advenimiento de la época calurosa hay en el digestor una acumulación excesiva de sólidos de los lodos, casi crudos. Esto, junto con la digestión normalmente lenta de los tanques sin calentamiento, requiere de doble capacidad de almacenamiento que la requerida en los digestores que tienen calentamiento.
Los organismos de un digestor son más eficientes cuando se les suministra su alimentación en volúmenes cortos a intervalos frecuentes. Por esta razón deberían bombearse los sólidos frescos de los lodos, al digestor, con la mayor frecuencia posible de acuerdo con los medios de que se disponga y ron la atención que pueda poner el operador. Claro está que esto concuerda con el plan de descargar los lodos de las unidades de sedimentación, antes de que se vuelvan sépticos en ellas.
Mezclado y siembra. Al iniciar la operación de una unidad di-gestora, se pueden lograr los mas rápidos resultados poniendo al principio algo de lodos digeridos, si se pueden obtener de algún otro digestor o de otra planta cercana. De esta manera se pueden iniciar todas las etapas de la digestión casi simultáneamente, en lugar de hacerlo por etapas sucesivas. Esta siembra suministra una cantidad adecuada de organismos de la segunda y tercera etapas, que consuman los productos finales de la primera etapa, y asi la unidad "madurará" en menos tiempo.
Una vez normalizada la operación, la siembra de sólidos frescos agregados al digestor y mezclados con los lodos en digestión mejora grandemente la velocidad de digestión. Esta mezcla sirve para lograr varios propósitos:
1. Los sólidos frescos que entran se mezclan íntimamente con los lodos en digestión activa.
2. Se evita la formación de espuma.
3. Se mejora la transmisión del calor de los serpentines que hay en el interior, o de otros dispositivos para calentar los iodos.
Hay varios métodos para mejorar el mezclado, entre los cuales pueden mencionarse:
1. Agitación con paletas rotatorias y brazos rompeespumas.
2. Circulación forzada de los lodos y/o el sobrenadante, por medio de bombas o tiros forzados con impulsores.
3. Descarga de los gases de los lodos, comprimidos, por medio de difusores en el fondo del tanque de digestión.
El mezclado puede ser continuo o intermitente, pero de cualquier manera que se haga suministra a todos los organismos que trabajan el requerimiento alimenticio adecuado y ayuda a mantener una temperatura uniforme, para que todos los organismos puedan trabajar juntos en toda la masa del digestor, para alcanzar los resultados deseados. El mezclado intermitente permite la separación y eliminación del sobrenadante en un solo digestor. Con el mezclado continuo, la digestión procede más rápidamente en todo el tanque, reduciéndose asi la capacidad que se necesita en el tanque. Este mezclado continuo requiere de un segundo tanque de digestión o almacenamiento, al cual pueden trasladarse los lodos en digestión para dejar sitio a los lodos frescos en el primer tanque y hacer posible la separación y remoción del sobrenadante en el segundo tanque.
Control del pH. El valor óptimo del pH de los lodos en un digestor, es muy cercano al valor neutro de 7.0, estando generalmente dentro del ámbito de 6.8 a 7.4, siendo muy comunes los valores de 7.0 y 7.2, En este ámbito, todos los organismos pueden desarrollar sus funciones. Generalmente, en un digestor bien diseñado y operado, es posible mantener un equilibrio entre los solidos frescos y los que están en digestión, de manera que la reacción permanecerá dentro de estos limites favorables, siendo neutralizados los ácidos producidos en la primera etapa por la producción alcalina de la segunda etapa, y el material de la tercera etapa actuará como amortiguador, contra cualquier cambio del pH. Si hay variaciones notables del pH fuera del ámbito de 6.8 a 7.4, quiere decir que el proceso de digestión está desequilibrado.
Tipos de digestores para lodos Hay muchos tipos de unidades que se usan para la digestión de lodos, que se diferencian en su construcción y recursos para la operación. Se pueden clasificar en:
1. UNIDADES DIGESTORAS que forman parte del tanque de sedimentación, como sucede con los tanques sépticos y los de doble acción. En los primeros, los lodos en digestión están en contacto con las aguas negras en sedimentación, mientras que en los otros las dos funciones se llevan a cabo en compartimientos separados.
2. TANQUES SEPARADOS que se usan exclusivamente para digestión. Estos pueden subdividirse en:
a) Cubiertos o descubiertos. En los tanques descubiertos, los gases escapan directamente a la atmósfera, mientras que en los cubiertos el gas se recoge y sirve como combustible para motores de gas o para calefacción- Las cubiertas pueden ser estacionarias o "fijas", o pueden ser "flotantes", subiendo o bajando de acuerdo con la cantidad de lodos y de gases que se acumulen.
b) Con o sin calentamiento.
c) Con o sin agitadores o dispositivos para el mezclado.
Procedimientos para el control de la operación en tanques de digestión de lodos, separados, no es posible tratar todos los problemas que pueden surgir de la operación de las unidades digestoras de Iodos. Sin embargo, hay muchos procedimientos rutinarios que usualmente dan los mejores resultados con los tanques digestores separados provistos de calentamiento, que son los más comunes. A continuación se mencionan algunos:
1. Bombeo de los lodos. Los lodos deben extraerse de las unidades de sedimentación, antes de que se vuelvan sépticos, y deben ser lo más espesos que sea posible y aun asi que puedan manejarse satisfactoriamente a través de las bombas y la tubería. Un lodo diluido contiene agua innecesaria que ocupa espacio y que además hay que calentar.
Los Iodos deben agregarse al digestor a intervalos frecuentes; cuando menos dos veces al día o con mayor frecuencia si es posible. Las adiciones cortas a intervalos frecuentes garantizan un abastecimiento alimenticio más constante para los organismos y una velocidad de digestión más uniforme. Con los digestores de cubierta fija, debe ser lenta la velocidad de adición para que sean mínimos los disturbios en el sobrenadante, el cual se descarga del digestor al mismo tiempo que se está agregando el Iodo. Esto no es tan importante en los digestores de cubierta flotante, pues el sobrenadante no es descargado necesariamente al mismo tiempo. Por lo general, los sólidos frescos que se agreguen (base seca) diariamente, no deben exceder del cinco por ciento del total de sólidos (base seca), que haya en el digestor.
La selección de bombas para bombear los lodos, depende de nuches factores, como el tamaño de la planta, la economía y el mantenimiento. Se han usado bombas de émbolo, de diafragma, centrífugas y modificaciones de las centrifugas. También se han utilizado las trompas de aire y los eyectores, y recientemente en algunas llantas si; han instalado bombas rotativas de desplazamiento positivo, para bombear lodos espesos.
2. Operación de digestores en dos etapas. La digestión en dos etapas requiere de dos compartimientos o de dos tanques y separa el periodo inicial de digestión violenta, del periodo final más lento. En el digestor primario, los lodos crudos que entran se mezclan bien con la semilla y se mantiene bien mezclado el contenido del tanque, por medio de agitadores mecánicos o por recirculación, si fuese necesario. A pesar de la agitación es normal que ocurra alguna separación de lodos, depositándose el material más pesado en el fondo del tanque. El proceso de digestión se completa en el tanque secundario, donde la producción de gases es menor, por lo cual es menos intenso el mezclado obteniéndose un sobrenadante mucho más claro que e¡ que se obtendría en un digestor de una sola etapa.
Cuando se verifica la digestión en dos etapas con un digestor primario de cubierta fija, normalmente al bombear lodos crudos al digestor primarlo, son trasladados el sobrenadante y lodos ligeros al digestor secundario. Los lodos digeridos y el sobrenadante se descargan del digestor secundario tal como se hace en el digestor simple. Si el digestor primario tiende a perder su equilibrio y baja el pH, pueden bombearse lodos del fondo del digestor secundario al primario, para proveerlo de semilla adicional que mantenga alcalina la digestión.. El sobrenadante debe transferirse simultáneamente del digestor primario al secundario. Normalmente, la temperatura en el digestor secundario debe mantenerse entre 3 y 6° C (5 a 10° F) por debajo de la del digestor primario para que se pueda separar mejor el sobrenadante. En condiciones normales, esto hace innecesario el calentamiento del digestor secundario, excepto durante la época más fría del ano. Sin embargo, si no se obtiene una digestión completa, la temperatura debe aumentarse hasta 32 ó 35° C (90 ó 95° F).
Cuando la digestión se verifica en dos etapas con un digestor primario de cubierta flotante, éste puede operarse igual que el de cubierta fija, con descarga automática del sobrenadante o lodos ligeros, a través de la línea de rebose. Alternativamente puede hacerse esta descarga cada dos o tres días. En otros aspectos, la operación es similar a la del digestor primario de cubierta fija.
3. Control de temperatura. En el digestor debe mantenerse la temperatura dentro de un ámbito de dos o tres grados F de la seleccionada, la cual es usualmente fijada entre 85 y 95° F (30 a 35° C). Cuando el digestor tiene serpentines de calentamiento, el agua que circule por ellos debe estar lo suficientemente caliente para mantener la temperatura de los lodos, pero no debe pasar de los 54-55° C (130° F) pues a temperaturas de 60° C (140°F) o superiores, los lodos se pegarán sobre los serpentines formando una capa aislante que disminuye la eficiencia de la transmisión del calor.
4. Control del pH. La reacción de los lodos debe mantenerse muy cercana a la neutralidad, entre un pH de 6.8 a 7.4. Algunos afirman que el agregar cal neutraliza los lodos demasiado ácidos. mientras que otros sostienen que la cal es inoperante en un digestor. Ciertamente, la adición de cal no es un curalotodo para los lodos ácidos. En operaciones normales, esta condición puede evitarse o corregirse mediante el control adecuado de la alimentación de lodos frescos.
5. Agitación. Cuando se pueda disponer de dispositivos para agitación, éstos deben usarse a intervalos lo bastante frecuentes para garantizar la siembra adecuada de sólidos frescos con los lodos en etapas avanzadas de la digestión. Esto hará que la digestión sea más rápida y uniforme, ayudará a impedir la formación de espuma y disminuirá las posibilidades de que se presenten serias dificultades por tal causa.
6. Descarga del sobrenadante. El sobrenadante es el liquido del digestor, que queda sobre los lodos sólidos. Es el licor que se ha separado de los sólidos de los lodos. Aunque el sobrenadante pueda contener pocos sólidos suspendidos, su contenido en materia orgánica disuelta es alto y ésta se descompone rápidamente produciendo olores molestos, por lo que el sobrenadante se sujeta generalmente a un tratamiento antes de su disposición.
El sobrenadante se descarga del digestor para disminuir el volumen de los lodos que quedan en el digestor, concentrando el contenido de sólidos y dejando espacio para que sea ocupado por los sólidos frescos que se agreguen.
Con los digestores de cubierta fija, el sobrenadante se descarga al mismo tiempo y a la misma velocidad que se van agregando los lodos crudos. Esta es una razón más por la cual los lodos crudos deben bombearse a intervalos frecuentes y durante periodos cortos, previniéndose la descarga de grandes volúmenes de sobrenadante en un corto periodo de tiempo. Lo más importante es que se mantenga limpia la salida del sobrenadante. Si se obstruye, la adición de Iodos frescos puede aumentar la presión interna hasta tal punto, que la cubierta pueda levantarse o romperse.
Con los digestores de cubierta flotante, la seguridad de la cubierta no es un factor de importancia y es posible descargar el sobranadante lentamente durante un periodo largo de tiempo. Cuando los lodos se agiten por medio de agitadores o por recirculación, es conveniente que haya un periodo de reposo de algunas horas, antes de descargar el sobrenadante, para dejar que éste se separe del resto del contenido del digestor.
Se emplean diversos métodos para disponer del sobrenadante. Probablemente el procedimiento más corriente en el de agregarlo al influente de los tanques de sedimentación primaria. Esto puede originar dificultades, haciendo que el tanque se vuelva séptico. En algunas plantas se ha encontrado ventajoso el regresar el sobrenadante al influente de un tanque de aeración de lodos activados o de un filtro goleador. Cuando las unidades primaria y secundaria, de tratamiento de aguas negras, no sean capaces de soportar esta sobrecarga sin detrimento, se recurre a los lechos de lodos, o lagunas, según se describe más adelante. Aun en estos casos, se acostumbra regresar el sobrenadante clarificado al proceso de tratamiento. Las lagunas pueden originar olores inconvenientes y por tal motivo debe determinarse muy cuidadosamente su ubicación.
Descarga de los lodos digeridos. El tipo de digestor, el tratamiento subsecuente de los lodos, la época del año, y la necesidad de espacio de almacenamiento para lodos crudos, son los factores que rigen generalmente la descarga de los lodos digeridos. Siempre es importante dejar suficientes lodos digeridos para sembrar los lodos crudos y mantener la digestión balanceada y con reacción casi neutra. En los digestores provistos de calentamiento, siempre se deja la misma cantidad de lodos digeridos, sin que importe la época del año. En los digestores sin calentamiento debe retenerse como doble cantidad de lodos digeridos, que la normal, a medida que se acerca el invierno. Normalmente es razonable dejar unos 120 cm de Iodos digeridos, sobre el nivel de la tolva de descarga. La descarga de cantidades adecuadas a intervalos regulares es mejor que grandes descargas, porque se llega a sobrecargar el digestor y esto agrava generalmente el problema descompensándose el equilibrio de la reacción.
Normalmente sólo se deben descargar lodos bien digeridos. Las franjas de color café claro, que destacan sobre el color oscuro de los lodos bien digeridos, son señales de que se está descargando material sin digerir.
En los digestores cubiertos es de primordial importancia tener la seguridad de que no entre aire al tanque, durante la descarga de Iodos. Debe tenerse cuidado de no ejercer ninguna presión negativa al descargar los lodos digeridos de un digestor con cubierta fija.
Esto puede lograrse agregando Iodos crudos, aguas negras, gases o agua de un tanque auxiliar, al mismo tiempo que se estén descargando los lodos del tanque de digestión. La adición de aire a los gases del digestor produce una mezcla muy explosiva y peligrosa. Es igualmente importante vigilar que funcionen bien los sistemas de seguridad existentes para impedir que se desarrolle una presión hidrostática excesiva, bajo una cubierta fija. El sistema mas usual consiste en tener una línea de rebose, sin válvulas, que debe- mantenerse libre en todo momento.
Secado por Calentamiento
Secado por calentamiento
Cuando los lodos van a servir para la fabricación de fertilizantes, el contenido de humedad debe disminuir hasta cerca del 10 por ciento, cifra muy inferior a la que normalmente se logra en los lechos filtrantes o por medio de la filtración al vacio. Cuando los lodos van a ser incinerados, deben secarse hasta un punto en el que puedan encenderse y quemarse. Para tal fin se emplea el secado por calentamiento. Para filo se usan comúnmente cuatro unidades diferentes, a saber.
1) el horno secador rotatorio.
2) el secador instantáneo.
3) el secador de pulverizadores.
4) el horno de hogar múltiple.
El horno secador rotatorio es un cilindro de diámetro de 1.20 m a 2.40 m (4 a 8 pies) y de longitud desde 8 hasta 10 veces su diámetro. El cilindro gira de cuatro a ocho rpm sobre un eje inclinado. Los lodos que se van a secar entran por un extremo y son acarreados hasta la descarga por gravedad, deshaciéndose y mezclándose por medio de deflectores helicoidales fijados en la pared del cilindro. En el cilindro se introducen gases calentados de manera que los más calientes se pongan en contacto los lodos mas fríos. Los secadores rotatorios se usan generalmente para lodos deshidratados procedentes de los filtros al vacio. Como los lodos con más del 50 por ciento de humedad, tienden a aglomerarse formando bolas que se secan exteriormente. quedando húmedo su centro, se acostumbra a recircular v mezclar con los lodos que entran, suficiente cantidad de lodos secos para reducir el contenido de humedad a un valor adecuado. La temperatura media de secado no debe pasar de 370° C (700" F). Los gases que salen del secador, contienen polvos que hay que eliminar antes de descargarlos a la atmósfera. Estos también pueden crear serias molestias por su olor, a menos que se desodoricen mediante lavado, por cloración o por incineración a una temperatura de 650 a 760º C (1.200 a 1.400°F).
En el Secador instantáneo, la torta de lodos mezclada con lodos previamente secados, pasa a un molino de martillos donde las partículas de lodo se secan casi instantáneamente a medida que se dispersan y se mantienen en suspensión en una corriente de gases calientes. Las partículas de iodo asi obtenidas, pasan a un separador donde el lodo seco es separado de los gases cargados de humedad. Estos Iodos secos pueden quemarse o usarse como fertilizante.
El Secador de pulverizadores Consiste de una "torre caliente" vertical, por la que pasa hacia abajo una corriente de gases calientes. Los lodos húmedos se asperjan dentro de esta torre. El agua de las partículas atomizadas se evapora y sale con los gases calientes, cayendo al fondo de la torre los sólidos secos. El polvo arrastrado por los gases rállenles se aparta de olios por medio cíe un separador de polvos. Como en el caso del secador instantáneo, los sólidos secos pueden quemarse o usarse como fertilizante.
El lodo seco del horno secador rotatorio, es granular, y contienen o masas similares al clinker, que es necesario moler para su uso ulterior; pero los que resultan de los instantáneos o de pulverizadores son sueltos y adecuados para usarse como fertilizantes o para quemarse como los combustibles en polvo.
Debe tenerse cuidado en el manejo de lodos pulverizados muy secos, para que no se acumulen como polvo que después pueda removerse v entrar en ignición ocasionando una explosión.
El horno de hogar múltiple es considerado como un secador por calor y como un incinerador, debido a que una parte de la unidad se usa para secar los iodos por medio del calor, lo cual es necesario hacer antes de incinerarlos. El horno de hogar múltiple consta de un cilindro vertical forrado con ladrillo u otro material refractario que contiene una serio de cuatro o mal; hogares, uno encima de otro. Generalmente, los lodos parcialmente deshidratados, como los de la torta de un filtro de vacio, alimentan el hogar superior se secan parcialmente por los gases calientes que llegan de los hogares inferiores. Estos lodos se hacen bajar al siguiente hogar inferior, mediante cepillos rotatorios o rastrillos mecánicos, hasta quo alcanzan tal grado de sequedad que entran en ignición v se consumen.
Cuando los lodos van a servir para la fabricación de fertilizantes, el contenido de humedad debe disminuir hasta cerca del 10 por ciento, cifra muy inferior a la que normalmente se logra en los lechos filtrantes o por medio de la filtración al vacio. Cuando los lodos van a ser incinerados, deben secarse hasta un punto en el que puedan encenderse y quemarse. Para tal fin se emplea el secado por calentamiento. Para filo se usan comúnmente cuatro unidades diferentes, a saber.
1) el horno secador rotatorio.
2) el secador instantáneo.
3) el secador de pulverizadores.
4) el horno de hogar múltiple.
El horno secador rotatorio es un cilindro de diámetro de 1.20 m a 2.40 m (4 a 8 pies) y de longitud desde 8 hasta 10 veces su diámetro. El cilindro gira de cuatro a ocho rpm sobre un eje inclinado. Los lodos que se van a secar entran por un extremo y son acarreados hasta la descarga por gravedad, deshaciéndose y mezclándose por medio de deflectores helicoidales fijados en la pared del cilindro. En el cilindro se introducen gases calentados de manera que los más calientes se pongan en contacto los lodos mas fríos. Los secadores rotatorios se usan generalmente para lodos deshidratados procedentes de los filtros al vacio. Como los lodos con más del 50 por ciento de humedad, tienden a aglomerarse formando bolas que se secan exteriormente. quedando húmedo su centro, se acostumbra a recircular v mezclar con los lodos que entran, suficiente cantidad de lodos secos para reducir el contenido de humedad a un valor adecuado. La temperatura media de secado no debe pasar de 370° C (700" F). Los gases que salen del secador, contienen polvos que hay que eliminar antes de descargarlos a la atmósfera. Estos también pueden crear serias molestias por su olor, a menos que se desodoricen mediante lavado, por cloración o por incineración a una temperatura de 650 a 760º C (1.200 a 1.400°F).
En el Secador instantáneo, la torta de lodos mezclada con lodos previamente secados, pasa a un molino de martillos donde las partículas de lodo se secan casi instantáneamente a medida que se dispersan y se mantienen en suspensión en una corriente de gases calientes. Las partículas de iodo asi obtenidas, pasan a un separador donde el lodo seco es separado de los gases cargados de humedad. Estos Iodos secos pueden quemarse o usarse como fertilizante.
El Secador de pulverizadores Consiste de una "torre caliente" vertical, por la que pasa hacia abajo una corriente de gases calientes. Los lodos húmedos se asperjan dentro de esta torre. El agua de las partículas atomizadas se evapora y sale con los gases calientes, cayendo al fondo de la torre los sólidos secos. El polvo arrastrado por los gases rállenles se aparta de olios por medio cíe un separador de polvos. Como en el caso del secador instantáneo, los sólidos secos pueden quemarse o usarse como fertilizante.
El lodo seco del horno secador rotatorio, es granular, y contienen o masas similares al clinker, que es necesario moler para su uso ulterior; pero los que resultan de los instantáneos o de pulverizadores son sueltos y adecuados para usarse como fertilizantes o para quemarse como los combustibles en polvo.
Debe tenerse cuidado en el manejo de lodos pulverizados muy secos, para que no se acumulen como polvo que después pueda removerse v entrar en ignición ocasionando una explosión.
El horno de hogar múltiple es considerado como un secador por calor y como un incinerador, debido a que una parte de la unidad se usa para secar los iodos por medio del calor, lo cual es necesario hacer antes de incinerarlos. El horno de hogar múltiple consta de un cilindro vertical forrado con ladrillo u otro material refractario que contiene una serio de cuatro o mal; hogares, uno encima de otro. Generalmente, los lodos parcialmente deshidratados, como los de la torta de un filtro de vacio, alimentan el hogar superior se secan parcialmente por los gases calientes que llegan de los hogares inferiores. Estos lodos se hacen bajar al siguiente hogar inferior, mediante cepillos rotatorios o rastrillos mecánicos, hasta quo alcanzan tal grado de sequedad que entran en ignición v se consumen.
Incineracion
Incineración
La incineración de los lodos se considera muy comúnmente como un método para la disposición de estos. Sin embargo, en este manual se incluye en el tratamiento de los lodos, porque el producto final del proceso consiste en cenizas que hay que eliminar.
Hay dos tipos principales de incineradores para lodos: Los instantáneos y los de hogar múltiple. Los instantáneos se diseñan para quemar los lodos secos provenientes de los secadores instantáneos o de pulverizadores. Estos son de un material ligero que puede insuflarse al hogar tal como se hace con un combustible pulverizado. El calor de combustión se aprovecha para los secadores.
Los de hogar múltiple ya han sido descritos previamente en el secado por calentamiento.
En todos los tipos do incineradores, los gases de combustión deben tener y mantenerse a una temperatura de 675 y 760º C (1.250y 1.400° F) hasta que queden completamente incinerados. Esto es esencial para evitar olores molestos en la descarga de la chimenea. También es necesario, para lograr una eliminación eficaz de polvo, cenizas y hollín de la descarga del tiro. Se consigue mediante una cámara do asentamiento, con un separador centrifugo, o con un precipitador eléctrico tipo Cottrell. La selección depende del grado de eficiencia eliminatoria requerido por la situación de la planta.
Todos los tipos de lodos, primarios, secundarios, crudos o digeridos, pueden ser secados e incinerados. Los lodos primarios crudos, con cerca de 70 por ciento de sólidos volátiles, contienen alrededor de 4,300 calorías por kilogramo de sólidos secos (7,800 BTU por libra) y una vez iniciada la combustión, se quema sin combustible adicional, quedando de hecho un exceso de calor usualmente disponible. Los lodos digeridos pueden o no requerir combustible adicional, dependiendo del contenido de humedad de la torta y del porcentaje de sólidos volátiles o del grado de digestión. Los lodos activados crudos requieren generalmente de combustible adicional para el secado y la combustión. En lodos los casos hace taita combustible adicional para iniciar la operación hasta que se haya estabilizado la combustión de los sólidos.
La incineración de los lodos se va generalizando, especialmente en las plantas grandes. Tiene las ventajas de economía, supresión del olor, independencia del clima y la gran disminución de volumen y peso del producto final del que tiene que disponerse. Hay un tamaño mínimo de planta de tratamiento de aguas negras, por debajo del cual la incineración no es económica, pues debe haber suficientes lodos para que se justifique el uso de equipo costoso. Una de las dificultades para operar un incinerador consiste en las variaciones del tonelaje y humedad de los lodos que se manejan.
La incineración de los lodos se considera muy comúnmente como un método para la disposición de estos. Sin embargo, en este manual se incluye en el tratamiento de los lodos, porque el producto final del proceso consiste en cenizas que hay que eliminar.
Hay dos tipos principales de incineradores para lodos: Los instantáneos y los de hogar múltiple. Los instantáneos se diseñan para quemar los lodos secos provenientes de los secadores instantáneos o de pulverizadores. Estos son de un material ligero que puede insuflarse al hogar tal como se hace con un combustible pulverizado. El calor de combustión se aprovecha para los secadores.
Los de hogar múltiple ya han sido descritos previamente en el secado por calentamiento.
En todos los tipos do incineradores, los gases de combustión deben tener y mantenerse a una temperatura de 675 y 760º C (1.250y 1.400° F) hasta que queden completamente incinerados. Esto es esencial para evitar olores molestos en la descarga de la chimenea. También es necesario, para lograr una eliminación eficaz de polvo, cenizas y hollín de la descarga del tiro. Se consigue mediante una cámara do asentamiento, con un separador centrifugo, o con un precipitador eléctrico tipo Cottrell. La selección depende del grado de eficiencia eliminatoria requerido por la situación de la planta.
Todos los tipos de lodos, primarios, secundarios, crudos o digeridos, pueden ser secados e incinerados. Los lodos primarios crudos, con cerca de 70 por ciento de sólidos volátiles, contienen alrededor de 4,300 calorías por kilogramo de sólidos secos (7,800 BTU por libra) y una vez iniciada la combustión, se quema sin combustible adicional, quedando de hecho un exceso de calor usualmente disponible. Los lodos digeridos pueden o no requerir combustible adicional, dependiendo del contenido de humedad de la torta y del porcentaje de sólidos volátiles o del grado de digestión. Los lodos activados crudos requieren generalmente de combustible adicional para el secado y la combustión. En lodos los casos hace taita combustible adicional para iniciar la operación hasta que se haya estabilizado la combustión de los sólidos.
La incineración de los lodos se va generalizando, especialmente en las plantas grandes. Tiene las ventajas de economía, supresión del olor, independencia del clima y la gran disminución de volumen y peso del producto final del que tiene que disponerse. Hay un tamaño mínimo de planta de tratamiento de aguas negras, por debajo del cual la incineración no es económica, pues debe haber suficientes lodos para que se justifique el uso de equipo costoso. Una de las dificultades para operar un incinerador consiste en las variaciones del tonelaje y humedad de los lodos que se manejan.
martes, 24 de junio de 2008
vertimientos liquidos
Apreciados Alumnos, en este blog encontraran bastante material para enrriquecer sus conocimientos sobre los vertimientos liquidos.
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