UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA, CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA
CARRERA DE INGENIERÍA CIVIL
“EVALUACIÓN DE LA GESTIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS EN LA
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DEL CAMAL
METROPOLITANO DE QUITO Y PROPUESTA DE MEJORA”
TRABAJO DE GRADUACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL
TÍTULO DE INGENIERO CIVIL
AUTORES:
 CHANGO SALGADO ERIKA GIOMARA
 SIMBAÑA NARVÁEZ ISRAEL ALFREDO
TUTOR: ING. CARLOS GABRIEL ENRÍQUEZ PINOS
QUITO, 07 DE JULIO
2016
DEDICATORIA
Dedico principalmente este trabajo a Dios por haberme permitido llegar a
este momento, a mis padres Víctor Chango y Susana Salgado, por su amor y
apoyo incondicional durante toda mi vida, este trabajo representa la culminación
de una etapa que sin ellos nunca hubiese sido posible, son tan ganadores como
lo soy yo, a mi hermano Ivanov Chango porque lo amo infinitamente y es una
parte importante en mi vida.
A mis queridas primas Belén , Silvana y Johana que son mis mejores amigas
gracias por estar presentes siempre en los buenos y malos momentos de mi vida
siempre con la palabra correcta.
Erika Giomara Chango Salgado
Este trabajo lo dedico a Dios por brindarme esta oportunidad, a mis padres
Wilson Simbaña y Norma Narváez, que con su apoyo incondicional he podido
llegar a este punto de mi vida y culminar con éxito esta etapa.
A mi hermano Josué Simbaña que más que un hermano mi mejor amigo,
apoyándome en todo momento es muy importante para mí siempre.
Y a mis tres amigos fieles que sin saber han llegado a mi vida a darme todo su
cariño “L.J.T.”
Israel Alfredo Simbaña Narváez
ii
AGRADECIMIENTOS
A la Empresa de Rastro por permitirnos realizar nuestro trabajo de titulación
en sus instalaciones y por sus grandes recomendaciones.
A la Universidad Central del Ecuador por brindarnos el espacio necesario para
nuestro crecimiento como profesionales.
Al Ing. Carlos Enríquez Pinos, y a todos los ingenieros que compartieron sus
conocimientos con nosotros en estos años de carrera.
A mis compañeros y amigos que siempre supieron alentarme en los momentos
difíciles como también brindarme una sonrisa en los momentos alegres.
iii
AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL
Nosotros, CHANGO SALGADO ERIKA GIOMARA; SIMBAÑA NARVÁEZ
ISRAEL ALFREDO, en calidad de autores del Estudio Técnico o tesis realizada
sobre: “EVALUACIÓN DE LA GESTIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS EN LA
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DEL CAMAL
METROPOLITANO DE QUITO Y PROPUESTA DE MEJORA”, por la
presente autorizamos a la UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR, hacer
uso de todos los contenidos que me pertenecen o de parte de los que contienen esta
obra, con fines estrictamente académicos o de investigación.
Los derechos que como autor me corresponden, con excepción de la presente
autorización, seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en
los artículos 5, 6, 8, 19 y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su
Reglamento.
Quito, 06 de Julio de 2016.
Chango Salgado Erika Giomara
C.I.: 1723921829
Telf: 0984120555
E-mail: erika_12uyuy@hotmail.es
Simbaña Narváez Israel Alfredo
C.I.: 1720171014
Telf: 0999893657
E-mail: israel1889@hotmail.com
iv
CERTIFICACIÓN DEL TUTOR
Yo, Carlos Gabriel Enríquez Pinos, en calidad de tutor del trabajo de titulación
“EVALUACIÓN DE LA GESTIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS EN LA
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DEL CAMAL
METROPOLITANO DE QUITO Y PROPUESTA DE MEJORA”, elaborado
por los estudiantes: CHANGO SALGADO ERIKA GIOMARA e ISRAEL
ALFREDO SIMBAÑA NARVÁEZ, estudiantes de la Carrera de Ingeniería
Civil, Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática de la Universidad
Central del Ecuador, considero que el mismo reúne los requisitos y méritos
necesarios en el campo metodológico y en el campo epistemológico, para ser
sometido a la evaluación por parte del jurado examinador que se designe, por lo
que lo APRUEBO, a fin de que el estudio técnico sea habilitado para continuar
con el proceso de titulación determinado por la Universidad Central del Ecuador.
En la ciudad de Quito a los 14 días del mes de abril del año 2016.
Ing. Carlos Gabriel Enríquez Pinos
N° C.I.: 1720594090
v
INFORME, RESULTADO SOBRE CULMINACIÓN DE TRABAJO DE
TITULACIÓN
vi
vii
viii
ix
CONTENIDO
DEDICATORIA ................................................................................................. II
AGRADECIMIENTOS ................................................................................... III
AUTORIZACIÓN DE LA AUTORÍA INTELECTUAL .............................. IV
CERTIFICADO DE LA CULMINACIÓN DEL TRABAJO DE
TITULACIÓN .................................................................................................... V
INFORME, RESULTADO SOBRE CULMINACIÓN DE TRABAJO DE
TITULACIÓN ................................................................................................... VI
CONTENIDO ..................................................................................................... X
LISTA DE FIGURAS ..................................................................................... XII
LISTA DE TABLAS ......................................................................................XIII
LISTA DE ANEXOS ...................................................................................... XV
RESUMEN ...................................................................................................... XVI
ABSTRACT .................................................................................................. XVII
CAPÍTULO I ....................................................................................................... 1
1
GENERALIDADES .................................................................................... 1
1.1 ANTECEDENTES .................................................................................... 1
1.2 OBJETIVOS ............................................................................................. 4
1.2.1 Objetivo general ................................................................................ 4
1.2.2 Objetivos específicos ........................................................................ 4
1.3 JUSTIFICACIÓN ..................................................................................... 4
1.4 HIPÓTESIS ............................................................................................... 5
1.5 ALCANCE ................................................................................................ 5
CAPÍTULO II ..................................................................................................... 6
2
MARCO CONCEPTUAL .......................................................................... 6
2.1 PROCESO DE FAENAMIENTO EN EL CAMAL METROPOLITANO
DE QUITO ........................................................................................................ 6
2.1.1 Proceso de recepción ......................................................................... 7
2.1.2 Proceso de corralaje .......................................................................... 7
2.1.3 Proceso de arreo y duchado............................................................... 7
2.1.4 Proceso de noqueo............................................................................. 7
2.1.5 Proceso de izado ................................................................................ 7
2.1.6 Proceso de sangrado y degüello ........................................................ 7
2.1.7 Proceso de corte de patas y cabeza ................................................... 7
2.1.8 Proceso de desollado ........................................................................ 8
2.1.9 Proceso de eviscerado ....................................................................... 8
2.1.10
Proceso de fisurado ....................................................................... 8
x
2.1.11
Proceso de inspección veterinaria post mortem ............................ 8
2.1.12
Proceso de higiene y desinfección ................................................ 8
2.2 GENERACIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS Y CONSUMO DE AGUA .. 8
2.2.1 Otros animales faenados ................................................................. 10
2.3 PROCESOS UNITARIOS EN LA PLANTA DE TRATAMIENTO DEL
CAMAL METROPOLITANO DE QUITO .................................................... 10
2.3.1 Tratamiento Primario ...................................................................... 11
2.3.2 Tratamiento Secundario .................................................................. 14
2.3.3 Tratamiento Físico-Químico ........................................................... 18
2.3.4 Desinfección .................................................................................... 21
2.3.5 Tratamiento de Lodos ..................................................................... 22
CAPÍTULO III .................................................................................................. 26
3
PROCESOS UNITARIOS EN LA GESTIÓN DE LODOS.................. 26
3.1 ACONDICIONAMIENTO ............................................................................. 26
3.1.1 Acondicionamiento químico ........................................................... 26
3.1.2 Elutriación ....................................................................................... 27
3.1.3 Tratamiento térmico ........................................................................ 27
3.2 ESPESADO ................................................................................................ 28
3.2.1 Espesado por gravedad .................................................................... 28
3.2.2 Espesado por flotación .................................................................... 29
3.2.3 Espesado por centrifugación ........................................................... 29
3.2.4 Espesado por filtros de banda por gravedad ................................... 30
3.3 ESTABILIZACIÓN ...................................................................................... 31
3.3.1 Digestión anaerobia ......................................................................... 31
3.3.2 Digestión aerobia ............................................................................ 32
3.3.3 Compostaje...................................................................................... 34
3.4 DESHIDRATACIÓN .................................................................................... 36
3.4.1 Lechos de secado de lodos .............................................................. 36
3.4.2 Filtros prensa ................................................................................... 40
CAPITULO IV .................................................................................................. 42
4
PROPUESTA DE GESTIÓN DE LODOS PLANTA DE
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES CAMAL
METROPOLITANO DE QUITO ................................................................... 42
4.1 CALIDAD DE AGUA ............................................................................ 42
4.2 UNIDADES OPERATIVAS EN LOS QUE SE GENERAN LODOS .... 43
4.2.1 Tanque de Homogenización 1 (TH1) .............................................. 43
4.2.2 Separador de Sólidos (Sep.Sol.) ...................................................... 44
4.2.3 Sedimentador Secundario (SS) ....................................................... 45
4.2.4 Físico Químico (FQ) ...................................................................... 46
4.2.5 Caracterización del lodo por Normativa ......................................... 49
4.3 METODOLOGÍA DE TOMA DE MUESTRAS .................................... 50
xi
4.3.1 Separador de sólidos ....................................................................... 51
4.3.2 Tanque de homogenización 1.......................................................... 52
4.3.3 Sedimentador secundario ................................................................ 53
4.3.4 Físico químico ................................................................................. 54
4.3.5 Tabulación de resultados ................................................................. 57
4.4 MODELO DE LA PROPUESTA ............................................................ 59
4.4.1 Digestor Aerobio ............................................................................. 59
4.4.2 Lecho de Secado ............................................................................. 64
4.4.3 Compostaje...................................................................................... 71
CAPÍTULO V .................................................................................................... 76
5
GESTIÓN INTEGRAL DE RESIDUOS SÓLIDOS ............................. 76
5.1 ANÁLISIS ACTUAL ............................................................................. 76
5.2 PROPUESTA DE GESTIÓN .................................................................. 76
5.2.1 Lechos de Secado ............................................................................ 76
5.2.2 Modelo de compostaje .................................................................... 78
CAPÍTULO VI .................................................................................................. 83
6
ANÁLISIS ECONÓMICO ....................................................................... 83
6.1 ANÁLISIS DE LA PROPUESTA DEL DIGESTOR AEROBIO ........... 83
6.2 LECHOS DE SECADO .......................................................................... 83
6.3 ANÁLISIS DE LA PRODUCCIÓN DE COMPOST .............................. 85
CAPÍTULO VII................................................................................................. 89
7
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...................................... 89
7.1 CONCLUSIONES .................................................................................. 89
7.2 RECOMENDACIONES ......................................................................... 91
8
BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................... 93
9
ANEXOS .................................................................................................... 96
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 Esquema del proceso de faenamiento de animales en la EMRAQ-EP 6
Figura 2.2 Bovino en proceso de arreo y duchado ................................................ 9
Figura 2.3 Ovino en proceso de corralaje ............................................................. 9
Figura 2.4 Porcino en proceso de arreo ................................................................. 9
Figura 2.5 Camélido en proceso de corralaje ...................................................... 10
Figura 2.6 Caprinos en proceso de recepción ..................................................... 10
Figura 2.7 Diagrama Actual de Proceso – PTAR-CMQ ..................................... 10
Figura 2.8 Tanque de Homogenización 1 - PTAR-CMQ ................................... 12
Figura 2.9 Separador de sólidos – PTAR-CMQ ................................................. 13
xii
Figura 2.10 Carretón – PTAR-CMQ................................................................... 13
Figura 2.11 Tanque de Homogenización 2 - PTAR-CMQ ................................. 14
Figura 2.12 Esquema Típico Tratamiento Secundario........................................ 14
Figura 2.13 Reactor Biológico - PTAR-CMQ .................................................... 16
Figura 2.14 Sedimentador Secundario - PTAR-CMQ ........................................ 17
Figura 2.15 Tanque de Recirculación - PTAR-CMQ ......................................... 18
Figura 2.16 Tanque Físico-Químico - PTAR-CMQ ........................................... 19
Figura 2.17 Filtros - PTAR-CMQ ....................................................................... 20
Figura 2.18 Digestor Aerobio - PTAR-CMQ ..................................................... 25
Figura 3.1 Esquema de un espesador mecánico .................................................. 28
Figura 3.2 Flotador por aire disuelto utilizado para el espesamiento del lodo
activado en exceso............................................................................................... 29
Figura 3.3 Centrífuga de cámara cerrada ........................................................... 30
Figura 3.4 Diagrama de flujo de un filtro banda. ................................................ 30
Figura 3.5 Esquema de un filtro banda ............................................................... 31
Figura 3.6 Digestores anaerobios ........................................................................ 32
Figura 3.7 Formación de Compostaje ................................................................. 35
Figura 3.8 Esquema tipo de una Cancha de secado ............................................ 38
Figura 3.9 Esquema de una Playa de Secado ...................................................... 39
Figura 3.10 Filtro prensa de placas de volumen constante utilizado para la
deshidratación de lodos ....................................................................................... 41
Figura 4.1 Resultados del Lodo Generado en la PTAR-CMQ............................ 49
Figura 4.2 Equipo Multiparamétrico ................................................................... 51
Figura 4.3 Toma de muestra del Separador de Sólidos ....................................... 51
Figura 4.4 Toma de muestra Tanque de Homogenización 1 .............................. 52
Figura 4.5 Toma de muestra Sedimentador Secundario ..................................... 53
Figura 4.6 Toma de muestra Físico Químico ...................................................... 55
Figura 4.7 Modelo de Lecho de Secado .............................................................. 64
Figura 4.8 Modelo de Lecho de Secado In Situ (Esc: 1:4.7) .............................. 66
Figura 4.9 Lodo colocado en el Modelo de Lecho de Secado In Situ ................ 66
Figura 4.10 Curva de Humedad .......................................................................... 68
Figura 4.11 Curva de Deshidratación ................................................................. 69
Figura 4.12 Esquema de una Pila de Compostaje ............................................... 74
Figura 5.1 Esquema en Corte de un Lecho de Secado Típico para implantación en
la PTAR-CMQ .................................................................................................... 77
Figura 5.2 Esquema en planta del Área de Compostaje...................................... 80
LISTA DE TABLAS
Tabla 1.1 Clasificación de rango de tamaño de partículas en agua. ..................... 3
Tabla 2.1 Residuos sólidos anuales (2014) PTAR-CMQ ..................................... 8
Tabla 2.2 Función principal de los procesos típicos de tratamiento de lodos. .... 23
Tabla 2.3 Parámetros de diseño típicos para digestión aerobia. ......................... 24
xiii
Tabla 4.1 Características físicas, químicas del agua en la PTAR-CMQ ............. 42
Tabla 4.2 Unidades de Generación de Lodos...................................................... 43
Tabla 4.3 Datos para determinar la Densidad del Lodo del Separador Sólidos .. 44
Tabla 4.4 Cantidad de Lodos Promedio Generados en el Sedimentador Secundario
............................................................................................................................. 45
Tabla 4.5 Datos para determinar la Densidad del Lodo del Sedimentador
Secundario ........................................................................................................... 46
Tabla 4.6 Cantidad de Lodos Promedio Generados en el Tanque Físico Químico
............................................................................................................................. 47
Tabla 4.7 Datos para determinar la Densidad del Lodo del Tanque Físico Químico
............................................................................................................................. 47
Tabla 4.8 Límites Máximos Permisibles Para Extracción De Metales Pesados En
Base Seca 8,9 ........................................................................................................ 50
Tabla 4.9 Criterios Microbiológicos Para No Catalogar A Un Desecho Biológico
Como Peligroso ................................................................................................... 50
Tabla 4.10 Parámetros In Situ ............................................................................. 57
Tabla 4.11 Tabulación de Resultados de Laboratorio......................................... 58
Tabla 4.12 Datos Característicos del Aireador Instalado .................................... 59
Tabla 4.13 Criterios de Diseño para Digestores Aerobios .................................. 61
Tabla 4.14 Contenido de Humedad del Lodo del Modelo de Lecho de Secado . 67
Tabla 4.15 Tasas Deshidratación ........................................................................ 68
Tabla 4.16 Dimensiones del Lecho de Secado.................................................... 70
Tabla 4.17 Dimensiones de un Lecho de Secado Típico .................................... 70
Tabla 4.18 Relación Carbono - Nitrógeno de Diferentes Materiales .................. 72
Tabla 4.19 PILA 1 ............................................................................................... 73
Tabla 4.20 PILA 2 ............................................................................................... 73
Tabla 4.21 PILA 3 ............................................................................................... 73
Tabla 4.22 Dimensiones para cada Pila de Compostaje ..................................... 74
Tabla 4.23 Parámetros de Control In Situ ........................................................... 74
Tabla 6.1 Costo de Instalación de los Lechos de Secado .................................... 83
Tabla 6.2 Costo de Materiales y Equipo y Adicional para los Lechos de Secado
............................................................................................................................. 84
Tabla 6.3 Costo de Operación Mensual de un Lecho de Secado ........................ 84
Tabla 6.4 Balance económico de Operación de un Lecho de Secado ................. 84
Tabla 6.5 Costo de Mantenimiento Cada 4 Meses de un Lecho De Secado ....... 85
Tabla 6.6 Balance económico de Mantenimiento de un Lecho de Secado ......... 85
Tabla 6.7 Balance Económico Total ................................................................... 85
Tabla 6.8 Costo de Compost en el Mercado ....................................................... 86
Tabla 6.9 Utilidad Anual en periodos de cada 2 meses ...................................... 86
Tabla 6.10 Operación Mensual del Sistema de Compostaje ............................... 86
Tabla 6.11 Mantenimiento Mensual del Sistema de Compostaje ....................... 86
Tabla 6.12 Inversión Inicial para la Gestión de Residuos Sólidos...................... 87
Tabla 6.13 Ingresos por año hasta la recuperación de la inversión inicial .......... 87
Tabla 6.14 Costo Final de Operación .................................................................. 88
xiv
Tabla 6.15 Costo Final de Mantenimiento .......................................................... 88
LISTA DE ANEXOS
ANEXO
1: AFOROS DIARIOS – HORARIOS SEDIMENTADOR
SECUNDARIO ................................................................................................... 96
ANEXO 2: AFOROS DIARIOS – HORARIOS FÍSICO QUÍMICO ............... 99
ANEXO 3: RESULTADOS DEL LABORATORIO ANAVANLAB CIA.
LTDA. ............................................................................................................... 102
ANEXO 4: ACREDITACIÓN DEL LABORATORIO ANAVANLAB CIA.
LTDA. ............................................................................................................... 110
ANEXO
5: CERTIFICACIÓN DE RECEPCIÓN DE MUESTRAS
ANAVANLAB CIA. LTDA. ........................................................................... 121
ANEXO 6: HOJA DE CONTROL IN SITU ................................................... 123
ANEXO 7: PLANO DE IMPLANTACIÓN DE LOS LECHOS DE SECADO
EN LA PTAR - CMQ ....................................................................................... 124
xv
RESUMEN
“EVALUACIÓN DE LA GESTIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS EN LA
PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES DEL CAMAL
METROPOLITANO DE QUITO Y PROPUESTA DE MEJORA”
Autores: Erika Giomara Chango Salgado
Israel Alfredo Simbaña Narváez
Tutor: Carlos Gabriel Enríquez Pinos
El presente estudio técnico contempla una evaluación de la gestión de residuos
sólidos generados como parte del proceso de tratamiento de aguas residuales; con
la finalidad de plantear un sistema que permita el manejo, la estabilización y la
disposición final de los mismos.
Como caso particular de estudio se considera la Planta de Tratamiento de Aguas
Residuales del Camal Metropolitano de Quito (PTAR-CMQ), la misma que recibe
agua de tipo industrial proveniente del proceso de faenamiento de animales que
realiza la Empresa Pública Metropolitana de Rastro Quito (EMRAQ-EP) en sus
instalaciones.
Los residuos producidos en la PTAR-CMQ en su mayoría son lodos activos y
primarios; siendo los primeros los más perjudiciales y a los que se les debe dar un
tratamiento previo a su disposición final, el estudio se realiza mediante la
evaluación, análisis, cuantificación y caracterización de los lodos generados, para
posteriormente plantear alternativas de tratamiento respecto al deshidratado de
lodos, con la implantación de lechos de secado y estabilización de los mismos
mediante un digestor aerobio y la elaboración de compost, de esta manera se
aprovecha estos residuos para disminuir el impacto ambiental, así como beneficiar
directamente a la población aledaña a la EMRAQ-EP como a la mencionada
empresa ya que el compost producido puede ser comercializado.
Las alternativas planteadas son viables y ayudarán a la PTAR-CMQ a mejorar la
operatividad de la Planta así como a dar una gestión integral de los residuos
sólidos producidos en la misma estas soluciones son prácticas y de bajo costo por
lo que su implantación será de mucha utilidad para la EMRAQ-EP.
PALABRAS CLAVE: TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES /
RESIDUOS SÓLIDOS / LODO RESIDUAL ACTIVADO / LECHOS DE
SECADO / SISTEMA DE COMPOSTAJE / DIGESTOR AEROBIO.
xvi
ABSTRACT
"ASSESSMENT OF SOLID WASTE MANAGEMENT IN TREATMENT PLANT OF
CAMAL METROPOLITANO DE QUITO AND THE IMPROVEMENT PROPOSAL"
Authors: Erika Giomara Chango Salgado
Israel Alfredo Simbaña Narváez
Tutor: Carlos Gabriel Enríquez Pinos
This technical study includes an assessment of the solid waste management generated as part
of the process sewage treatment; in order to propose a system that allows to management,
stabilization and final disposition of them.
As a particular study case is considered Sewage Treatment Plant of Camal Metropolitano de
Quito (STP-CMQ), the same that receives water from industrial type from the process of
slaughtering animals that is performing by Empresa Pública Metropolitana de Rastro Quito
(EMRAQ-EP) in its outbuildings.
The waste produced in the STP-CMQ are mostly active and primary sludge; these are being
the most harmful and they should be given a previous treatment before final disposal, the
study is conducted through evaluation, analysis, quantification and characterization of
sludge generated, later to suggest alternative of treatment about the dehydrated sludge with
the introduction of drying beds and stabilizing them through an digester aerobio and make
compost, so this waste is used to reduce the environmental impact and benefit to the
surrounding population to EMRAQ-EP directly because the compost produced can be
marketed.
The alternatives proposed are viable and them help the STP-CMQ to improve the plant
operation and to provide a total management of solid waste produced in them, these solutions
are practical and inexpensive so its implementation will be very useful for EMRAQ-EP.
KEYWORDS: SEWAGE TREATMENT / SOLID WASTE / SLUGDGE WASTE ON /
DRYING BEDS / COMPOSTING SYSTEM / AEROBIO DIGESTOR.
xvii
CAPÍTULO I
1
GENERALIDADES
1.1
ANTECEDENTES
La depuración de las aguas residuales generalmente se lo realiza por métodos
biológicos cuyas eficiencias dependen del tipo de sistema implantado, operación
y mantenimiento.
La Empresa Pública Metropolitana de Rastro Quito (EMRAQ-EP) presta el
servicio de faenamiento de animales tales como: bovinos, ovinos y porcinos que
son utilizados para el consumo humano, producto de este proceso existen
efluentes de tipo industrial, los mismos que no pueden ser descargados
directamente al sistema público de alcantarillado o cuerpos receptores sin un
tratamiento previo.
Las descargas de efluentes se encuentran regidas por las siguientes Normas:
 El Acuerdo Ministerial No. 061 sustituyese el libro VI del TULSMA
(Texto Unificado de Legislación Secundaria del Ministerio del
Ambiental) reformado el 04 de mayo de 2015 y actualmente vigente; en
este acuerdo se contempla en el CAPÍTULO VI, La Gestión Integral De
Residuos Sólidos No Peligrosos, Y Desechos Peligrosos Y/O Especiales,
sustentado por los siguientes artículos; 49, 51, 54, en la Sección I Gestión
Integral De Residuos y/o Desechos Sólidos No Peligrosos los artículos,
55, 56, 58, 73, en la Sección II Gestión Integral De Desechos Peligrosos
y/o Especiales los artículos, 78, 79, 80, 83. CAPÍTULO VIII Calidad De
Los Componentes Bióticos Y Abióticos, Sección III Calidad De
Componentes Abióticos los artículos, 209, 210, 211, 215. CAPÍTULO X
CONTROL Y SEGUIMIENTO AMBIENTAL los artículos, 257, 258.
 Ordenanza 404 del Distrito Metropolitano de Quito sustitutiva del Título
V “Del Medio Ambiente”, Libro Segundo del Código Municipal,
establece en el Capítulo IV Del Subsistema de Evaluación de Impactos
Ambientales y Control, en el Art. II380.47 que: “las normas técnicas
metropolitanas de calidad ambiental y de emisiones, descargas y
1
vertidos, serán elaborados por la Autoridad Ambiental Distrital”
reformada en el 2014.
En ejercicio de las atribuciones que les confiere la Ordenanza
Metropolitana No 404, en la cual el Consejo Metropolitano faculta a la
Secretaria del Ambiente la emisión de Normas Técnicas.
 En el Art. 6 se contempla la NORMA TÉCNICA PARA EL CONTROL
DE DESCARGAS LÍQUIDAS donde se definen los límites máximos
permitidos para descargas líquidas por cuerpo receptor especificadas en
las siguientes tablas:

Tabla No 1 (Límites máximos permisibles por cuerpo receptor).

Tabla No 2 (Métodos de análisis para descargas liquidas).

Tabla No 3 (Guía orientativa de los parámetros de descarga a analizar).
Los parámetros listados son orientados para la caracterización de los efluentes
líquidos.
 En el Art. 10 se contempla la NORMA TÉCNICA DE DESECHOS
PELIGROSOS Y ESPECIALES la cual indica criterios para considerar
a un desecho como no peligroso o especial, especificadas en:
 Tabla No 3 (Criterios microbiológicos para no catalogar a un desecho
como peligroso).
Cabe recalcar que la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales del Camal
Metropolitano de Quito está sujeta a la ordenanza 404 debido a que es una
Ordenanza del Distrito Metropolitano de Quito.
Por esta razón el Camal Metropolitano de Quito cuenta con su respectiva Planta
de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR-CMQ), que está diseñada para
depurar un caudal de 20 m3/h (Capacitación operadores PTAR-CMQ, 2012),
producto de este proceso se generan diferentes tipos de lodos dentro de cada uno
de los procesos de tratamiento, siendo éstos los siguientes:
Lodo primario: Es producido durante los procesos de tratamiento primario de
las aguas residuales. Consiste en productos no disueltos de las aguas residuales.
La clasificación de los sólidos suspendidos es la siguiente:
2
Tabla 1.1 Clasificación de rango de tamaño de partículas en agua.
Partícula
Tamaño
Disueltas
10-5 a 10-3
Coloidales
10-3 a 1
Suspendidas o no filtrables
1 a 100
Removibles por coagulación 10-6 a 10-2
Sedimentables
10-2 a 10-1
Unidad
micras (μ)
micras (μ)
micras (μ)
milímetros (mm)
milímetros (mm)
Fuente: Taayn - Marzo 12, 2011
Elaborado por: Autores
Lodo activado: Se produce por la eliminación de la materia orgánica disuelta,
tiene lugar en el tratamiento biológico del agua por un complejo proceso donde
interactúan distintos tipos de bacterias que requieren oxígeno para vivir, crecer
y multiplicarse. Este lodo contiene biomasa viva y muerta además de partes
minerales y orgánicas absorbidas y almacenadas. (Chiriboga, 2012)
Lodo activado de recirculación: Es el lodo activo de retorno que proviene del
sedimentador y retorna al reactor biológico. La mayoría del lodo que se lleva de
nuevo al tanque de aireación se llama lodo activo de retorno. (Suárez, 2011)
Lodo secundario: Es aquel que sirve para alargar el tiempo de vida del proceso
biológico; el exceso debe ser eliminado. (Guerrero, 2014)
Lodo terciario: Se produce a través de procesos de tratamiento posteriores como
procesos físico-químico, adicionando floculantes y filtrados en arena fina
trabajando en superficie. (Lenntech, s.f.)
Estos tipos de lodos pueden ser gestionados de una manera más adecuada y
eficiente a la actualmente empleada, siendo utilizados benéficamente después de
ser sometidos a procesos de estabilización.
La gestión de los lodos generados en las Plantas de Tratamiento de Aguas
Residuales tanto en las fases primarias, secundarias y terciarias involucra una
serie de actividades para la estabilización, espesamiento, deshidratación y
disposición final de los mismos.
3
1.2
1.2.1
OBJETIVOS
Objetivo general
Evaluar la gestión de residuos sólidos en la Planta de Tratamiento de Aguas
Residuales del Camal Metropolitano de Quito y definir propuestas de mejora, en
lo referente al manejo, estabilización y producción de compost.
1.2.2
i.
Objetivos específicos
Cuantificar la cantidad de lodo activo y lodo primario generado por día de
faenamiento en la PTAR-CMQ.
ii.
Definir la eficiencia del digestor aerobio instalado en la PTAR-CMQ.
iii.
Definir una propuesta de deshidratación de los lodos generados a través de
la implantación de lechos de secado.
iv.
Definir una propuesta de tratamiento de los lodos generados a través de un
sistema de compostaje.
v.
Generar parámetros para el control del proceso de compostaje.
vi.
Determinar el posible uso y aplicación del compost obtenido.
vii.
Determinar la factibilidad del proyecto utilizando un material aglomerante,
para acondicionar el lodo para dar inicio a un proceso de compostaje.
1.3
JUSTIFICACIÓN
En la actualidad, en el Distrito Metropolitano de Quito se ha dado un enfoque
importante al diseño y construcción de Plantas de Tratamiento de Aguas
Residuales.
Los procesos internos de las Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales
generan lodos de diferentes tipos, los que contienen gran parte de contaminantes,
que deben ser tratados de manera adecuada con la finalidad de determinar el
posible uso y disposición final.
Los procesos unitarios en manejo de lodos es una técnica viable que se la puede
realizar para pequeños, medianos, y grandes sistemas de depuración de aguas
residuales, fomentando la reutilización de los mismos.
El presente Estudio Técnico tiene la finalidad de, mediante diferentes tipos de
análisis y evaluación de procesos, dar un manejo adecuado de los lodos
4
generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales del Camal
Metropolitano de Quito para mejorar la funcionalidad de la misma.
1.4
HIPÓTESIS
Mediante la evaluación de la gestión de residuos sólidos en la Planta de
Tratamiento de Aguas Residuales del Camal Metropolitano de Quito y la
definición de propuestas de mejora se beneficiará las condiciones ambientales
del sector; así como también a la población en general.
1.5
ALCANCE
El presente Estudio Técnico tiene como fin evaluar y plantear una propuesta de
gestión a los lodos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales
del Camal Metropolitano de Quito, a través de un proceso de compostaje.
Se determinará específicamente los procesos en los que se generan lodos, de los
mismos se determinará la cantidad y calidad, se evaluará la operatividad y
eficiencia de la Planta en cuanto a lodos generados, posteriormente se elaborará
una propuesta de deshidratación de lodos mediante lechos de secado para
posterior a este proceso plantear una alternativa de estabilización de los mismos
a través de la técnica de compostaje, mediante un proceso aerobio que consta de
un reactor y maduración.
5
CAPÍTULO II
2
MARCO CONCEPTUAL
La Empresa Pública Metropolitana de Rastro Quito, EMRAQ-EP, es la instancia
municipal encargada de operar el sistema municipal de faenamiento y
comercialización de especies animales para el consumo humano en el Distrito
Metropolitano de Quito; así como la infraestructura de mataderos municipales.
2.1
PROCESO DE FAENAMIENTO EN EL CAMAL METROPOLITANO
DE QUITO
El Camal Metropolitano de Quito realiza el proceso de faenamiento de los
siguientes animales: bovinos, ovinos, porcinos, en menor cantidad caprinos
(cabras) y camélidos (llamas).
A continuación se detalla el proceso ordenado sanitariamente que se utiliza para
el sacrificio de un animal bovino, ovino, porcino, caprino o camélido, con el
objeto de obtener su carne en condiciones óptimas para el consumo humano en
la EMRAQ-EP.
Figura 2.1 Esquema del proceso de faenamiento de animales en la EMRAQ-EP
Proceso de
recepción
Proceso de higiene
y desinfección
Proceso
de corralaje
Proceso de inspección
veterinaria post
mortem
Proceso de arreo
y duchado
Proceso de
noqueo
Proceso
de fisurado
Proceso de
izado
Proceso de
eviscerado
Proceso de
sangrado y
degüello
Proceso de
desollado
Proceso de corte
de patas y cabeza
Fuente: (EMRAQ-EP, 2015)
Elaborado por: Autores
6
2.1.1
Proceso de recepción
En este proceso se reciben a los animales según documentación de Guía de
Movilización emitido por AGROCALIDAD. Los animales son identificados,
pesados y ubicados en los corrales, para cumplir con las medidas sanitarias de
prevención, durante el tiempo que determine la ley (24 horas). (EMRAQ-EP,
2015)
2.1.2
Proceso de corralaje
Durante este proceso los animales cumplen un tiempo de estancia normado por
la ley (12 horas antes de su matanza) en el que son hidratados y pasan por un
proceso de descanso y relajación muscular (EMRAQ-EP, 2015).
2.1.3
Proceso de arreo y duchado
Cumplido con los tiempos sanitarios acordados y habiéndose aceptado y
cancelado las tasas correspondientes por el servicio de faenamiento de los
animales que van al proceso de faenamiento, se trasladan a los mismos al
duchado, para someterlos a una higienización inicial. (EMRAQ-EP, 2015)
2.1.4
Proceso de noqueo
El noqueo del animal es físico mediante la aplicación o uso de una pistola
neumática, se insensibiliza al animal a ser sacrificado para evitarles sufrimiento
a la hora del degüello. (EMRAQ-EP, 2015)
2.1.5
Proceso de izado
El animal es colgado de los cuartos traseros, en un gancho adherido a un riel para
facilitar su movilidad en el proceso de desangrado y posteriores pasos del
proceso de faena. (EMRAQ-EP, 2015)
2.1.6
Proceso de sangrado y degüello
Se aplica un corte en las arterias del cuello del animal (estando boca abajo) para
que el animal se desangre, la sangre es recogida en una canaleta especial, para
su posterior procesamiento convirtiéndola en harina de sangre. (EMRAQ-EP,
2015)
2.1.7
Proceso de corte de patas y cabeza
Se procede a cortar las patas y la cabeza del animal.
7
2.1.8
Proceso de desollado
Procedimiento que se realiza entre el cuero y la carnosidad, para facilitar el
desollado del animal, proceso realizado mecánicamente. (EMRAQ-EP, 2015)
2.1.9
Proceso de eviscerado
Procedimiento en el que se extrae los órganos internos de cada animal, llamados
víscera. (EMRAQ-EP, 2015)
2.1.10 Proceso de fisurado
Incisión longitudinal del esternón y la columna vertebral, que se realiza sobre el
animal faenado, mediante una sierra eléctrica. (EMRAQ-EP, 2015)
2.1.11 Proceso de inspección veterinaria post mortem
La carne de los animales faenados, son revisados por el veterinario para
determinar su integridad orgánica y estado sanitario. (EMRAQ-EP, 2015)
2.1.12 Proceso de higiene y desinfección
Es la aplicación de agua a presión y/o ácido orgánico sobre las superficies
corporales, para desinfectar al animal de posibles contaminaciones propias del
manipuleo y el eviscerado. (EMRAQ-EP, 2015)
2.2
GENERACIÓN DE RESIDUOS SÓLIDOS Y CONSUMO DE AGUA
En la siguiente tabla se presenta la cantidad de residuos sólidos generados, así
como el consumo de agua por el proceso de faenamiento por cada especie, estos
animales son los de mayor consumo por la población.
Tabla 2.1 Residuos sólidos anuales (2014) PTAR-CMQ
Animal
Bovino
Día de faena
Residuos Sólidos
Tipo
Peso (kg)
Estiércol
271.628
C. Ruminal
3.967.196
Lunes,
Pieles
2.501.835
miércoles y
Cabezas
1.644.063
viernes.
Vísceras
2.859.240
Decomisos
60.044
Sangre
715.525
8
Consumo de Agua
m3
0,80
Ovino
Porcino
Estiércol
25.411
Cabezas
39.932
Lunes,
C. Ruminal
25.411
miércoles y
Patas
116.165
viernes.
Vísceras
116.165
Decomisos
2.904
Sangre
18.877
Estiércol
47.803
Cerdas
34.460
Unto o Grasa
67.202
Pezuñas
13.856
Vísceras
270.192
Decomisos
34.640
Sangre
207.147
Martes y
jueves.
0,40
0,60
Fuente: PTAR-CMQ;
Elaborado por: Autores
Figura 2.2 Bovino en proceso de
arreo y duchado
Figura 2.3 Ovino en proceso de
corralaje
Fuente: (EMRAQ-EP, 2015)
Fuente: (EMRAQ-EP, 2015)
Figura 2.4 Porcino en proceso de arreo
Fuente: (EMRAQ-EP, 2015)
9
2.2.1
Otros animales faenados
En la PTAR-CMQ se faena otro tipo de animales que son para el consumo
humano pero tienen una demanda menor como son los caprinos (cabras) y
camélidos (llamas).
El consumo de agua y los residuos sólidos producto del faenamiento de estas
especies son muy puntuales por lo que no son significativas en cuanto a cálculos.
Figura 2.5 Camélido en proceso de
corralaje
Figura 2.6 Caprinos en proceso de
recepción
Fuente: (EMRAQ-EP, 2015)
Fuente: (EMRAQ-EP, 2015)
2.3
PROCESOS UNITARIOS EN LA PLANTA DE TRATAMIENTO DEL
CAMAL METROPOLITANO DE QUITO
La PTAR-CQM trata los desechos que se generan en los procesos de
faenamiento de acuerdo al siguiente diagrama de flujo.
Figura 2.7 Diagrama Actual de Proceso – PTAR-CMQ
Fuente: PTAR-CMQ
Elaborado por: Autores
10
2.3.1
Tratamiento Primario
Es la primera parte del proceso de depuración y (HARDENBERG, 1987)
sostiene que “tiene la función de preparar el agua, limpiándola de todas aquellas
partículas las cuales pueden obstruir o dificultar los procesos consecuentes”.
2.3.1.1 Cribado
La PTAR-CMQ anteriormente contaba con una unidad de cribado, la misma
estaba conformada por un tamiz con malla de apertura de 1 mm a 0.75 mm, que
retenía sólidos como: carne, huesos, descarnaduras de pieles y cueros
provenientes del proceso de faenamiento. En la actualidad la Planta ya no utiliza
la criba, esta fue reemplazada por un separador de sólidos como parte del
tratamiento primario.
2.3.1.2 Tanque de Homogenización 1
Su función principal es igualar carga orgánica y caudal de sólidos; además
previene la sedimentación de sólidos y malos olores.
El tanque de homogenización 1 de la PTAR-CMQ es de forma rectangular y
enterrado, con las siguientes dimensiones: largo 18,00 m, ancho 5,50 m,
profundidad en la zona baja 2,00 m, profundidad en la zona alta 2,50 m, con una
capacidad aproximada de 222,75 m3 (Tapia, 2015); durante el día recibe caudales
provenientes del proceso de faenamiento, los mismos que no son constantes
durante la duración del proceso.
Este tanque de homogenización contiene una bomba sumergible de potencia
18,50 kW (25 hp), frecuencia 60 Hz, velocidad 1.750 RPM; se desactiva
mediante un medidor de nivel mínimo a 0.50 m de la base del tanque. La bomba
mediante impulsión envía el efluente a un separador de sólidos.
La limpieza de la unidad está a cargo de la EMRAQ-EP, y es una limpieza de
tipo manual que se la realiza una vez a la semana, los días sábados.
El lodo obtenido del tanque de homogenización es de tipo primario.
11
Figura 2.8 Tanque de Homogenización 1 - PTAR-CMQ
Fuente: PTAR-CMQ
2.3.1.3 Separador de Sólidos
El separador de sólidos es un equipo que se utiliza principalmente en plantas de
tratamiento de aguas residuales, su función principal es la separación del sólido
- líquido mediante un proceso físico utilizando un tornillo sin fin que gira
constantemente, separando la mayor cantidad de sólidos, esto facilita el manejo
y traslado de estos residuos; disminuye la materia orgánica de la parte liquida,
en la parte sólida se concentran los nutrientes y se disminuye los olores. La
fracción sólida puede ser utilizada para beneficio de la agricultura; utilizándolo
en la fabricación de compost.
La PTAR-CMQ tiene dos separadores de sólidos de tipo tornillo sin fin con las
siguientes características cada uno: potencia 4.00 kW (5,50 hp), 380-415 V,
frecuencia 50 Hz, velocidad 1.440 RPM.
Estos separadores reciben el caudal proveniente del tanque de homogenización
1 separando las partículas sólidas; el caudal restante pasa al tanque de
homogenización 2 para continuar con el proceso de tratamiento.
El material proveniente del separador de sólidos es recogido semanalmente en
un carretón de volumen 3,63 m3; el mismo es un lodo de tipo primario; este
material seco trasladado puede ser utilizado para la elaboración de compost.
12
Figura 2.9 Separador de sólidos – PTAR-CMQ
Fuente: PTAR-CMQ
Figura 2.10 Carretón – PTAR-CMQ
Fuente: PTAR-CMQ
2.3.1.4 Tanque de Homogenización 2
El tanque de homogenización 2 es de forma trapezoidal enterrado con las
siguientes dimensiones: en la superficie, largo 19,80 m, ancho 11,10 m; en la
base, largo 16,20 m, ancho 8,00 m, profundidad en la zona baja 3,00 m,
profundidad en la zona alta 3,90 m, con una capacidad aproximada de 600 m 3
(Tapia, 2015); recibe el caudal proveniente del separador de sólidos mediante
una bomba de potencia 5,50 kW (7,50 hp), frecuencia 60 Hz, velocidad 1.750
RPM; la misma que está activa las 24 horas del día, enviado el caudal
constantemente al reactor biológico mediante una bomba sumergible de potencia
18,50 kW (25 hp), frecuencia 60 Hz, velocidad 1.750 RPM.
El lodo obtenido del tanque de homogenización es de tipo primario.
13
Figura 2.11 Tanque de Homogenización 2 - PTAR-CMQ
Fuente: PTAR-CMQ
2.3.2
Tratamiento Secundario
En este tratamiento existe la remoción de materia orgánica que utiliza procesos
biológicos y/o químicos. Los procesos biológicos se usan prácticamente en todos
los sistemas municipales; los tipos de tratamiento pueden ser:
 Aerobio
 Anaerobio
 Facultativo
Estos procedimientos facilitan que las bacterias digieran la materia orgánica que
llevan las aguas. Se suele hacer llevando el efluente que sale del tratamiento
primario a tanques en los que se mezcla con agua cargada de lodos activos. Estos
tanques tienen sistemas de burbujeo o agitación que garantizan condiciones
adecuadas para el crecimiento de los microorganismos. (Gordon M. Fair, 2012)
En los procesos químicos se pueden emplear combinaciones de operaciones y
procesos unitarios tales como coagulación, oxidación química, adsorción con
carbono y reducir la DBO a niveles aceptables.
Figura 2.12 Esquema Típico Tratamiento Secundario
Fuente: (Enrique César Valdez, 2003)
14
2.3.2.1 Reactor Biológico Aerobio
Es un tanque donde se produce un proceso de tipo biológico, en este se coagula
y metaboliza los sólidos suspendidos, sólidos solubles orgánicos y nutrientes,
buscando mantener condiciones óptimas (pH, temperatura, concentración de
oxígeno) al organismo o sustancia química que se cultiva, a todo este conjunto
contenido en el interior se lo denomina licor de mezcla.
Los procesos pueden ser aerobios o anaerobios.
Los reactores más comunes de tipo aerobio pueden ser:
 Flujo pistón.
 Mezcla completa.
 Alimentación escalonada.
 Aireación prolongada.
 Aireación extendida.
 Aireación distribuida.
 Aireación modificada.
Los reactores más comunes de tipo anaerobio pueden ser:
 Lagunas anaerobias.
 Fosas sépticas.
 Digestor anaerobio de baja carga.
 Digestor anaerobio de alta carga.
 Lecho fijo.
 Lecho rotativo.
 Lecho expandido o fluidificado.
 De manto de lodos.
 Reactor UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) o RAFA (Reactor
anaerobio de flujo ascendente). (Curso Tratamiento de Aguas
Residuales, 2002)
La PTAR-CMQ tiene un reactor de tipo convencional con mezcla completa para
una aireación en todo el tanque, las dimensiones del reactor biológico son: largo
de 17,00 m, ancho de 6,00 m, altura efectiva 3,00 m, altura total 3,40 m, con una
15
capacidad aproximada de 300,00 m3 (Capacitación operadores PTAR-CMQ,
2012). En este tanque se da el proceso de digestión aerobia en presencia de
oxígeno disuelto. Los microorganismos aerobios degradan la materia orgánica y
forman el floc biológico.
Recibe el caudal proveniente del tanque de homogenización 2 trapezoidal, el
mismo que puede trabajar con un caudal constante de diseño Q = 20,00 m3/h
(Capacitación operadores PTAR-CMQ, 2012).
El reactor biológico aerobio cuenta con 4 aireadores de alta tasa de 14,91 kW
(20 hp), capacidad de 60 lb/h de oxígeno, frecuencia 60 Hz, velocidad 880 RPM
además 4 blowers de potencia 1,49 kW (2 hp), frecuencia 60 Hz, velocidad 3.520
RPM; distribuidos proporcionalmente en todo el reactor (Catastro de Equipos
PTAR-CMQ, 2012).
El lodo generado en el reactor biológico es un lodo activo, el mismo debe ser
estabilizado antes de su disposición final.
Figura 2.13 Reactor Biológico - PTAR-CMQ
Fuente: PTAR-CMQ
2.3.2.2 Sedimentador Secundario
El efluente proveniente del reactor biológico es conducido a tanques cilíndricos,
con sección en forma de cono, conocidos como sedimentadores secundarios, en
los que se realiza la decantación de los lodos. Separados los lodos, el agua que
sale contiene muchas menos impurezas.
Una parte de los lodos son devueltos al reactor biológico (recirculación de
lodos), para que haya mayor oxidación de la materia orgánica y mantenga una
16
relación adecuada de sustrato a biomasa es decir alimento - microorganismo
(F/M), que es un indicador de la carga orgánica en el sistema, con respecto a la
cantidad de sólidos biológicos que hay en el tanque, es decir, es la masa
eliminada de DBO dividida entre la biomasa en el reactor (Enrique César Valdez,
2003).
Los lodos en exceso son purgados, los que tienen alto contenido de materia
orgánica por lo que no pueden tener una disposición final directa.
El sedimentador secundario de la PTAR-CMQ tiene las siguientes dimensiones:
diámetro 7,15 m, altura 3,00 m, con una capacidad aproximada de 120,00 m3
(Capacitación operadores PTAR-CMQ, 2012), donde se sedimenta el floc
proveniente del reactor biológico.
El lodo sedimentado en el fondo de esta unidad, una parte es purgado y otra parte
es recirculado; esta purga se la realiza en función de la cantidad de lodo existente
en el bioreactor y se lo determina mediante una prueba de sedimentabilidad, la
misma que consiste en tomar una muestra de agua del reactor biológico, en una
probeta de 1 litro y verificar cuanto se sedimenta de lodo en 30 min; con esta
prueba se estableció que la cantidad óptima operativa es de 600 ml a 800 ml de
lodos sedimentados, por lo que el tiempo de purga de los mismos, actualmente
es en cada hora 1 min de purga. (Gutiérrez, 2015); Si la cantidad de lodos
sedimentados aumentan o disminuyen los operadores determinan el tiempo y la
frecuencia de purga dada la situación puntual en la que se encuentren.
El lodo contenido en el sedimentador secundario es un lodo activo que debe ser
tratado antes de su disposición final.
Figura 2.14 Sedimentador Secundario - PTAR-CMQ
Fuente: PTAR-CMQ
17
2.3.2.3 Recirculación de lodos
Después de la separación del agua tratada y la biomasa es necesario que exista
una recirculación de lodo ya que este permite el constante proceso que da vida a
las bacterias contenidos en el reactor biológico aerobio.
Este caudal de recirculación es el 50% del caudal de diseño y es constante en el
tiempo, la variación de este caudal en la recirculación se puede dar si se
determina que la relación F/M y el índice volumétrico de lodos (IVL) no son los
correctos para mantener el proceso de degradación de la materia orgánica en el
reactor.
Parte de los lodos del sedimentador secundario de la PTAR-CMQ pasa a un
tanque de recirculación de las siguientes dimensiones: largo 3,00 m ancho 1,50
m, con una capacidad aproximada de 4,50 m3, ubicado junto al sedimentador
secundario, el Qrecirculación = 10 m3/h (Capacitación operadores PTAR-CMQ,
2012).
Figura 2.15 Tanque de Recirculación - PTAR-CMQ
Fuente: PTAR-CMQ
2.3.3
Tratamiento Físico-Químico
Es un tipo de tratamiento terciario o avanzado que utiliza principios físicos y
químicos para una mayor remoción de materia orgánica residual y aquellas otras
sustancias contaminantes no eliminadas en los tratamientos secundarios, como
por ejemplo, los nutrientes, fósforo y nitrógeno. (Cyclusid, 2011)
Otros procesos empleados como tratamientos terciarios son las resinas de
intercambios de iones, la adsorción en carbón activo, la ultrafiltración, la
18
ósmosis inversa, electro-desinfección y las membranas cerámicas. (Cyclusid,
2011)
2.3.3.1 Proceso Físico-Químico
La función del proceso físico químico dentro del tratamiento de aguas residuales,
es la eliminación de sólidos en suspensión y partículas coloidales que no fueron
removidas en unidades anteriores, lo cual se consigue mediante la inclusión
productos químicos, para convertirlas en partículas capaces de ser separadas.
(Redacción Ambientum, 2016)
El tanque físico-químico de la PTAR-CMQ tiene las siguientes dimensiones:
largo 6,00 m, ancho 4,00 m, altura 2,44 m, con una capacidad aproximada de
58,00 m3 (Capacitación operadores PTAR-CMQ, 2012). En esta etapa del
proceso, parte del material en suspensión que no se removió en unidades
anteriores, se coagula y se remueve en el área del sedimentador del proceso
físico-químico.
(Tapia, 2015) Señala lo siguiente “El coagulante que utiliza la planta en esta
unidad es policloruro de aluminio, la dosificación varía según el nivel de sólidos
disueltos pero se mantiene con 0,1 mg/l”.
La limpieza en el proceso físico-químico se la realiza una vez a la semana los
días domingo.
Figura 2.16 Tanque Físico-Químico - PTAR-CMQ
Fuente: PTAR-CMQ
19
2.3.3.2 Filtración
La filtración es una operación unitaria en la cual se separa un sólido de un fluido,
generalmente este fluido es un líquido y forma una suspensión con el sólido. Esta
separación se hace a través de un medio filtrante, el cual retiene el sólido y deja
pasar el líquido. (Burgos García, Espinoza Palacios, & Parrales Mendoza, 2005)
Al proceso de filtración en la PTAR-CMQ ingresa el caudal proveniente del
tratamiento físico-químico, hacia un sistema de filtros rápidos a presión con la
ayuda de 2 bombas centrifugas de 55,93 kW (75,00 hp) (Catastro de Equipos
PTAR-CMQ, 2012).
Cada filtro tiene como lecho filtrante arena y como capa soporte grava, en esta
unidad se retiene todo el material en suspensión. El efluente filtrado es evacuado
al sistema de alcantarillado.
Previo a la entrada del efluente a los filtros; es decir a la salida del efluente del
tanque físico-químico se coloca 1 mg/l de Hipoclorito de calcio mediante una
bomba dosificadora de las siguientes características: capacidad 1,80 l/h, presión
1 MPa, frecuencia 60 Hz. (Tapia, 2015).
Para la limpieza de esta unidad se realizan 2 retrolavados cada 24 horas, que
consiste en enviar agua limpia a una presión determinada para no dañar el filtro,
en el sentido contrario de operación de esta unidad (Tapia, 2015).
Figura 2.17 Filtros - PTAR-CMQ
Fuente: PTAR-CMQ
20
2.3.4
Desinfección
El propósito de la desinfección es destruir cualquier organismo patógeno que
pudiera haber sobrevivido al proceso de tratamiento previo. En general, el agua
residual se desinfecta con cloro. La demanda de cloro del agua residual es mayor
que la del agua potable. Se requiere una dosis de aproximadamente 10 mg/l para
dejar 0,5 mg/l de cloro combinado residual en el efluente secundario. (Enrique
César Valdez, 2003, pág. 261)
Durante el proceso de desinfección se pueden lograr otros objetivos secundarios:
 Control de olores.
 Mejorar la calidad final del líquido, oxidación de materia orgánica
(disminución de la DQO).
Existen algunos métodos disponibles de desinfección como los siguientes:
a) Agentes químicos
 El cloro y sus compuestos
 El bromo y el cloruro de bromo
 El iodo
 El ozono
b) Agentes físicos
 El calor: No es un medio factible, debido a su elevado costo de
aplicación a grandes cantidades de A.R.
 La Luz solar: La luz solar es un buen desinfectante, pudiéndose
utilizar, en especial, la radiación ultravioleta.
c) La radiación UV: Tienen un efecto esterilizante. Se producen con
lámparas especiales de vapor de mercurio. Tienen muy poca penetración
y, en el caso de las A.R., la acción letal sólo puede ejercerse a través de
unos pocos milímetros, debido a los sólidos en suspensión y turbidez.
La desinfección en la PTAR-CMQ, se la realiza mediante la inclusión de
hipoclorito de calcio al 10% (Cloro granulado), este es colocado durante el
proceso físico químico, previo a la entrada del efluente a los filtros.
21
2.3.5
Tratamiento de Lodos
Los cuerpos contaminantes y sus productos de trasformación, retirados de la fase
líquida en cualquier tratamiento de agua, se reúnen en suspensiones más o menos
concentradas denominadas “lodos”.
Los problemas derivados del tratamiento de lodos son complejos debido a que
el lodo está formado, principalmente, por las sustancias responsables de la
contaminación de las aguas residuales no tratadas; la fracción del lodo a evacuar,
generada en el tratamiento biológico del agua residual, está compuesta
principalmente por la materia orgánica presente en la misma, aunque en forma
diferente de la original, que también está sujeta a procesos de descomposición
qué la pueden hacer indeseable, y solo una pequeña parte del lodo está
compuesta por material sólido. (Vera, 2009, pág. 10)
Otras características de los lodos son: poseen una gran patogeneidad; el
nitrógeno y el fosforo que contienen pueden darle a este cierto valor fertilizante,
y el poder calorífico de la materia orgánica puede hacer posible la incineración.
(Vera, 2009)
La gestión de los lodos generados en las plantas de tratamiento de aguas
residuales tanto en las fases primarias, secundarias y terciarias involucra una
serie de actividades para la estabilización, espesamiento, deshidratación y
disposición final de los mismos. (Vera, 2009)
Dentro del tratamiento de lodos una posibilidad es la reducción de compuestos
orgánicos y volátiles contenidos, sometiendo a los lodos a una digestión (aerobia
o anaerobia).
Otro planteamiento en el tratamiento de los lodos consiste en aumentar el
contenido de sólidos de los lodos antes de su evacuación final, por medio de una
serie de procesos de espesamiento y secado. Para lodos de difícil secado se hacen
necesarios pretratamientos especiales que incluyen coagulación química y
tratamientos térmicos.
La disposición final de los lodos se los puede hacer de la siguiente manera:
 Aplicación al terreno.
22
 Incineración.
 Traslado hacia un botadero autorizado.
Tabla 2.2 Función principal de los procesos típicos de tratamiento de lodos.
PROCESO
FUNCIÓN
Sedimentación
Floculación
Separación de sólidos
Separación del material sólido.
Cribado
Filtración
Gravedad
Espesamiento
Flotación
Espesamiento de los sólidos separados
Centrifugación
para aumentar su concentración y
Filtros al vacío
reducir el volumen total.
Rejillas
Estabilización
Digestión Aerobia
Mediante una forma de oxidación,
Digestión Anaerobia
reducir el volumen del lodo y hacerlo
Tratamiento con Calor
inocuo es decir tratamiento de la
Tratamiento Químico
materia
orgánica
y
organismos
patógenos.
Lechos de Secado
Remoción de agua y secado Centrifugas
Mediante remoción de una porción
(con
importante de agua reducir aún más el
acondicionamiento Filtros al vacío
mediante químico o sin él)
Filtros de presión
volumen del lodo
Rejillas vibratorias
Incineración
Relleno Sanitario
Disposición
Aplicación sobre el suelo
Ubicación Final del lodo tratado
Disposición sobre el mar
y lagunas
Fuente: Introducción a la Ingeniería Sanitaria;
Elaborado por: Autores
23
2.3.5.1 Digestor Aerobio
La digestión aerobia es la degradación biológica de la materia orgánica existente
en función de los microorganismos y el tiempo.
Los microorganismos removerán y utilizarán la mayor parte de este material, una
fracción de la materia orgánica removida se utilizará en la función de síntesis, lo
que produce el incremento de biomasa. El material remanente será canalizado
en energía del metabolismo y oxidado a bióxido de carbono, agua y material
inerte soluble para proporcionar energía para las funciones de síntesis y
mantenimiento (soporte de la vida). Una vez que la fuente externa de material
orgánico se ha consumido, los microorganismos entrarán en la fase de
respiración endógena, en la que el material celular se oxida para satisfacer
el mantenimiento de energía usada para el soporte de la vida. Si esta situación
continúa por un periodo extendido de tiempo, la cantidad total de biomasa se
reducirá considerablemente. Además, la porción remanente exhibirá un estado
tan reducido de energía que puede considerarse biológicamente estable y
adecuado para su disposición en el ambiente. Esto constituye el principio básico
de la digestión aerobia. (Enrique César Valdez, 2003, pág. 305)
El lodo resultante de esta digestión tiene un contenido considerablemente
inferior de materia orgánica y se lo conoce como lodo estabilizado.
Los objetivos principales de estabilización son:
1. Reducción o eliminación de olores molestos.
2. Reducción del volumen del líquido o peso de sólidos a tratar en
operaciones sucesivas.
3. Reducción de los microorganismos patógenos.
Tabla 2.3 Parámetros de diseño típicos para digestión aerobia.
Parámetro
Valor
Tiempo de retención θc
Sólo lodos activados
15 - 20 d
Lodos activados más primarios
20 - 25 d
24
Aire requerido (aire difundido)
Sólo lodos activados
20 - 35 litros/min m3
Lodos activados más primarios
55 -65 litros/min m3
Energía
superficial)
0,02 - 0,03 kW/ m3
requerida
(aire
1,6 - 3,2 SSV/ m3d
Carga de sólidos
Fuente: Steele y McGhee; Elaborado por: Autores
En la PTAR-CMQ los lodos en exceso provenientes del sedimentador y tanque
físico-químico, ingresan a un digestor aerobio.
Las dimensiones de este tanque son: largo 7,20 m, ancho 3,20 m, profundidad
en la zona baja 2,00 m, profundidad en la zona alta 2,50 m, con una capacidad
aproximada de 52,00 m3 (Capacitación operadores PTAR-CMQ, 2012), aquí se
trata el lodo aeróbicamente con la ayuda de un aireador de hélice asentado en
una boya flotante.
Actualmente esta unidad no se encuentra en operación, debido a que el aireador
instalado no se encuentra en funcionamiento siendo este digestor una unidad de
paso; por esta razón no se miden parámetros operacionales como oxígeno
disuelto, pH, temperatura y turbiedad.
Figura 2.18 Digestor Aerobio - PTAR-CMQ
Fuente: PTAR-CMQ
25
CAPÍTULO III
3
PROCESOS UNITARIOS EN LA GESTIÓN DE LODOS
Una operación unitaria es un proceso químico, físico o biológico mediante el
cual las sustancias objetables que contiene el agua son removidas o
transformadas en sustancias inocuas. La mayor parte de los procesos originan
cambios en la concentración o en el estado de una sustancia, la cual es desplazada
o incorporada en la masa de agua. (Chiriboga, 2012)
Los procesos unitarios que se pueden utilizar en lo referente a la gestión de lodos
son los siguientes:
3.1
Acondicionamiento
Etapa que consiste en liberar la mayor cantidad de agua posible de las partículas
de lodo, para mejorar la eficiencia del proceso de deshidratado.
El objeto de este tratamiento es facilitar la aglomeración de sólidos y aumentar
su contenido. Para este fin se emplean distintos tipos de acondicionamiento,
según las características del lodo que se va a tratar se tienen los siguientes:
3.1.1
Acondicionamiento químico
Es el uso de productos químicos para acondicionar el lodo para su
deshidratación, es un proceso que da como resultado la coagulación de los
sólidos y la liberación de agua absorbida, mediante el uso de cloruro férrico, cal,
sulfato de aluminio y polímeros orgánicos. Este tipo de tratamiento aumenta el
contenido de sólidos y mejora las características de deshidratado que resultan de
su uso. (Estrucplan, 2000)
Las ventajas del cloruro férrico es que provee una desinfección y estabilización
al lodo reduciendo el riesgo de daño a la salud y olores.
En años recientes, los polímeros orgánicos se han vuelto cada vez más comunes
como acondicionadores de lodo. El manejo de los polímeros es fácil, se requiere
poco espacio para su almacenamiento y son muy efectivos. Los
acondicionadores químicos son inyectados al lodo y mezclados con éste, antes
del proceso de deshidratado. (Estrucplan, 2000)
26
Los tanques de mezcla por lo general son, de tipo vertical en plantas pequeñas y
horizontales en las grandes. Generalmente se construyen de acero y revestidas
con material a prueba de ácidos. Una disposición típica de un tanque es que tiene
un agitador horizontal activado por un motor de velocidad variable, también se
usan tanques cilíndricos con mezcladores de hélice. (Estrucplan, 2000)
3.1.2
Elutriación
Proceso de lavado que reduce la alcalinidad de un lodo digerido en condiciones
anaeróbicas, para disminuir la cantidad de acondicionadores químicos ácidos
aunque no mejora las características de deshidratación.
Para lavado se utiliza agua limpia o residual tratada, pudiendo significar una
reducción del 50% o más de la cantidad de productos coagulantes. La cantidad
de agua utilizada para el lavado es dos partes de agua por una parte de lodo, este
lavado se lo realiza a contracorriente y en múltiples etapas. El lodo se bombea
de una etapa a otra a contracorriente con el agua del lavado. (Estrucplan, 2000)
Factores que influyen en el dimensionamiento del tanque de elutriación:
 Naturaleza de los sólidos del lodo antes de la digestión
 Porcentaje de volátiles
 Porcentaje de sólidos en el lodo
 Método de elutriación
 Relación de elutriación
 Programa de operación (Estrucplan, 2000)
3.1.3
Tratamiento térmico
Proceso que consiste en calentar el lodo durante cortos períodos de tiempo bajo
presión dando como resultado la coagulación de los sólidos y la rotura de la
estructura del coloide. Como consecuencia de todo ello, el lodo es esterilizado,
prácticamente desodorizado, deshidratándose fácilmente en filtros prensa o de
vacío sin adición de productos químicos. Este tipo de tratamiento tiene mayor
aplicación a los lodos biológicos, que pueden ser difíciles de estabilizar por otros
medios. Su uso está limitado, en general, a grandes plantas debido a los altos
costos de inversión. (Estrucplan, 2000)
27
Se conocen por sus nombres comerciales dos tipos de procesos térmicos; Porteus
y Zimpro, que conllevan una oxidación química de los sólidos orgánicos en fase
acuosa, en reactores que funcionan a elevada temperatura y presión. Según
sistemas, las temperaturas oscilan entre 150º-300º C y las presiones entre 10 y
21 kg/cm2. (Estrucplan, 2000)
3.2
Espesado
El espesado es un procedimiento que se emplea para aumentar el contenido de
sólidos de lodos por eliminación de parte de la fracción liquida del mismo. El
espesado se suele llevar a cabo mediante procedimientos físicos que incluyen el
espesado por gravedad, flotación, centrifugación, y filtros de banda por
gravedad. (HERRERA, 2003, pág. 5)
3.2.1
Espesado por gravedad
El espesado por gravedad se lleva cabo en un tanque de diseño similar al tanque
de sedimentación convencional, normalmente se emplean tanques circulares. El
lodo alimentado sedimenta y compacta, y el lodo espesado se extrae por la parte
inferior del tanque. Los mecanismos de recogida de lodos convencionales
consisten en dispositivos dotados de rascadores profundos, o piquetas verticales
que remueven el lodo lentamente, promoviendo la apertura de canales para
proporcionar salida al agua y favoreciendo la densificación. El sobrenadante que
se origina, se retorna al decantador primario o cabezas de planta. El lodo
espesado que se recoge en el fondo del tanque se bombea a los digestores o
equipos de deshidratación en función de las necesidades por lo que es necesario
disponer de un determinado volumen de almacenamiento. (HERRERA, 2003,
pág. 8)
Figura 3.1 Esquema de un espesador mecánico
Fuente: (HERRERA, 2003, p. 8)
28
3.2.2
Espesado por flotación
Este proceso amerita introducir aire a una solución que se mantiene a una presión
determinada. Cuando se despresuriza la solución, el aire disuelto se libera en
forma de burbujas finamente divididas que arrastra el lodo hasta la superficie
donde es eliminado. La aplicación en la que el espesado por flotación resulta
más efectiva, es con los lodos en exceso procedentes de procesos de tratamiento
biológicos en suspensión. El espesado por flotación también se ha empleado para
el tratamiento de otros lodos tales como el lodo primario, el lodo de digestión
aerobia, y los lodos que contienen sales metálicas originadas en los tratamientos
químicos. (HERRERA, 2003, p. 10)
Figura 3.2 Flotador por aire disuelto utilizado para el espesamiento del lodo
activado en exceso
Fuente: (HERRERA, 2003, p. 10)
3.2.3
Espesado por centrifugación
Las centrífugas se utilizan tanto para espesar lodos como para deshidratarlos. Su
aplicación para el espesado se suele limitar al espesado de lodos activados. El
espesado por centrifugación implica la sedimentación de las partículas de lodo
bajo la influencia de fuerzas centrífugas. Los dos principales tipos de centrífugas
empleadas actualmente para el espesado de lodos son la centrífuga de camisa
maciza, y la centrífuga de cesta. La centrífuga de camisa maciza dispuesta
horizontalmente, con un extremo de forma troncocónica. El lodo se alimenta a
la unidad de forma continua, y los sólidos se concentran en la periferia. Un
tornillo helicoidal, que gira a una velocidad ligeramente distinta, desplaza el lodo
acumulado hacia el extremo troncocónico, donde se produce una concentración
29
de sólidos adicional previamente a la descarga del lodo. (HERRERA, 2003, p.
10)
Figura 3.3 Centrífuga de cámara cerrada
Fuente: (HERRERA, 2003, pág. 11)
3.2.4
Espesado por filtros de banda por gravedad
Los espesados de filtros de banda por gravedad son un sistema de espesado cuyo
origen se halla en la deshidratación de lodos mediante filtros de bandas. En la
deshidratación con filtros de bandas, especialmente en el caso de lodos con
contenido de sólidos inferiores al 2%, la mayor parte del espesado se produce
en la zona del filtro dedicada al drenaje por gravedad. Los equipos desarrollados
para el espesado consisten en una banda que se desplaza sobre unos rodillos
accionados por un motor de velocidad variable. El lodo se acondiciona con
polímeros, y se conducen a una cámara de distribución alimentación situada en
un extremo de la unidad. (HERRERA, 2003, p. 11)
Figura 3.4 Diagrama de flujo de un filtro banda.
Fuente: (FRC Systems International, 2015)
30
Figura 3.5 Esquema de un filtro banda
Fuente: (HERRERA, 2003, p. 22)
3.3
Estabilización
La estabilización del lodo se lleva a cabo para:
 Reducir la presencia de patógenos
 Eliminar olores desagradables
 Inhibir, reducir o eliminar, su potencial de putrefacción.
El éxito en la consecución de estos objetivos con los efectos del proceso u
operación de estabilización sobre la fracción orgánica o volátil del lodo. La
supervivencia de los organismos patógenos, la proliferación de olores y la
putrefacción, se producen cuando se permite que los microorganismos se
desarrollen sobre la fracción orgánica del lodo. (HERRERA, 2003)
Los medios de estabilización disponibles para eliminar el desarrollo de estas
condiciones desagradables son:
 Reducción biológica del contenido de materia volátil.
 Oxidación química de la materia volátil.
 Adición de agentes químicos para hacer el lodo inadecuado para la
supervivencia de los microorganismos.
 Aplicación de calor con el objeto de desinfectar o esterilizar el lodo.
(HERRERA, 2003, pág. 12)
3.3.1
Digestión anaerobia
(HERRERA, 2003) Dice que “La digestión anaerobia del lodo ha sido
universalmente aceptada como el método más adecuado para obtener un
31
producto final aséptico. La descomposición de la materia orgánica por las
bacterias se realiza en ausencia de oxígeno”.
(HERRERA, 2003) Además indica que “La digestión es un proceso anaeróbico,
en los que los materiales de descomposición pasan por varios procesos:
licuefacción, gasificación, y mineralización obteniéndose un producto final
inerte con liberación de gases.”
La licuefacción se produce por enzimas extracelulares que hidrolizan los
carbohidratos complejos y simples azucares, las proteínas y los aminoácidos y
grasas a glicerol y ácidos, siendo el producto final de la licuefacción ácidos
orgánicos volátiles. (HERRERA, 2003)
Durante la gasificación, estos productos se convierten en gases, cuyos
principales componentes son el metano y el dióxido de carbono. Finalmente, la
materia orgánica soluble es también descompuesta. (HERRERA, 2003)
(HERRERA, 2003) Señala que “La digestión pasa por distintas fases, siendo las
principales la fermentación ácida y la fermentación alcalina, de donde resulta la
importancia del pH en el control de estas fases”.
La digestión de los lodos de manera anaeróbica tiene lugar en los digestores que
se observan en la figura 3.6. (HERRERA, 2003, pp. 13-14)
Figura 3.6 Digestores anaerobios
Fuente: (Lenntech, n.d.)
3.3.2
Digestión aerobia
La digestión aerobia del lodo sólo se puede emplear para el tratamiento de:
32
 Lodo activado en exceso.
 Mezclas de lodos activados en exceso.
 Lodos en exceso de sistemas de aeración prolongada.
 Lodos de plantas de tratamientos de lodos activados que no dispongan de
decantación primaria.
La digestión aerobia del lodo se ha empleado, principalmente, en plantas con
capacidad inferior a 20.000 m3/día; sin embargo, recientemente, se ha empleado
en plantas de tratamiento de mayores dimensiones.
Las ventajas que se atribuyen al proceso de digestión aerobia del lodo, frente al
proceso de digestión anaerobia, son las siguientes:
 La reducción de sólidos volátiles es aproximadamente igual a la obtenida
en el proceso anaerobio.
 Se consiguen menores concentraciones de DBO en el líquido
sobrenadante.
 Producción de un producto final biológicamente estable, de tipo humus,
exento de olores.
 Mayor recuperación del valor del lodo como fertilizantes.
 El funcionamiento y explotación del proceso es relativamente sencillo.
 Menores costes iniciales.
Las principales desventajas del proceso de digestión aerobia son:
 El mayor coste energético asociado al suministro del oxígeno necesario;
 Se produce un lodo digerido de pobres características para la
deshidratación mecánica.
 Es un proceso muy sensible a la temperatura, emplazamiento, y tipo de
materiales con que se construye el tanque.
La inexistencia de recuperación de un producto útil, como el metano, constituye
un inconveniente adicional del proceso. En los casos en los que se considera la
aplicación de la digestión separada (o independiente), la digestión aerobia del
lodo biológico puede resultar una opción interesante. (HERRERA, 2003, pp. 1516)
33
3.3.3
Compostaje
(HERRERA, 2003) Dice que “Cada vez son más restrictivas las normativas de
contaminación atmosférica y evacuación de lodos, junto con la previsible
escasez de vertederos disponibles, han acelerado el desarrollo del compostaje
como una opción la gestión de lodos”.
El compostaje es un proceso en el que la materia orgánica sufre una degradación
biológica hasta alcanzar un producto final estable. El lodo o compost
adecuadamente tratado es un material tipo humus, higiénico y libre de
características desagradables. (HERRERA, 2003)
Aproximadamente de 20% o 30% de los sólidos volátiles se convierten a dióxido
de carbono y agua. Conforme se produce la descomposición de la materia
orgánica contenida en el lodo, el compost se calienta hasta alcanzar temperaturas
situadas en el intervalo de pasteurización (50 a 70 ºC), lo cual permite la
destrucción de organismos patógenos entéricos. Un lodo bien compostado se
puede emplear como acondicionados de suelos en usos agrícolas y hortícolas, o
ser enviado a vertedero, cumpliendo siempre las limitaciones aplicables a los
constituyentes del lodo. (HERRERA, 2003)
Durante el proceso de compostaje, se observan tres fases de actividad diferentes
con sus intervalos de temperatura asociados: mesofilica, termofílica y
enfriamiento. En la fase mesofilica inicial, la temperatura en la pila de
compostaje aumenta desde la temperatura ambiente hasta aproximadamente
40ºC con la aparición de hongos y bacterias productoras de ácidos. Conforme
aumenta la temperatura de la masa compostada hasta alcanzar el intervalo
termofílico de temperaturas (40ºC a 70ºC), estos microorganismos dejan paso a
bacterias termofílicas, los actinomicetos1, y los hongos termofílicos. Es en esta
fase, en el intervalo termofílico de temperaturas, en la que se produce la máxima
degradación y estabilización de la materia orgánica. La fase de enfriamiento se
caracteriza por una reducción de la actividad microbiana y por la sustitución de
los organismos termofílicos por organismo mesofílicos (bacterias y hongos).
Durante la fase de enfriamiento, se producirá una liberación adicional de agua
1
Los actinomicetos son un grupo heterogéneo de bacterias filamentosas parecidas superficialmente a los
hongos.
34
por evaporación así como una estabilización de pH, y se completará la formación
de ácido húmico2. (HERRERA, 2003)
La mayoría de las operaciones de compostaje consisten en las siguientes etapas
fundamentalmente:
 Mezcla del lodo deshidratado con un material de enmienda o soporte.
 Aireación de la pila de compostaje bien por adición de aire, por volteo
mecánico, o mediante ambos sistemas.
 Recuperación del material soporte (caso de que sea posible).
 Maduración adicional y almacenamiento.
 Evacuación final.
Los tres principales sistemas de compostaje utilizados son las pilas estáticas
aireadas, las pilas volteadas y los sistemas mecánicos cerrados. (HERRERA,
2003, págs. 26-27)
Figura 3.7 Formación de Compostaje
Fuente: Estación Depuradora de Aguas Residuales y Planta de Compostaje de ASPE
2
Los ácidos húmicos son unos de los principales componentes de las sustancias húmicas, las cuales son los
constituyentes principales del humus, materia orgánica del suelo.
35
3.4
Deshidratación
Uno de los procesos más importantes y necesarios es la deshidratación, consiste
en una operación unitaria física (mecánica) utilizada para reducir el contenido
de humedad del lodo son las siguientes:
a) Los costes de transporte del lodo por camión hasta el lugar de su
evacuación final son notablemente menores cuando se reduce el volumen
por deshidratación.
b) El lodo deshidratado es generalmente, más fácil de manipular que el lodo
líquido o espesado. En la mayoría de los casos, el lodo deshidratado es
susceptible de ser manipulado con tractores dotados de cucharas y palas
y con cintas transportadoras.
c) La deshidratación es necesaria antes de la incineración del lodo para
aumentar su poder calorífico por eliminación del exceso de humedad.
d) La deshidratación es necesaria antes del compostaje para reducir la
cantidad de material de enmienda o soporte.
e) En algunos casos, puede ser necesarios eliminar el exceso de humedad
para evitar la generación de olores y que el lodo sea putrescible.
f) La deshidratación del lodo suele ser necesaria antes de su evacuación a
vertederos controlados para reducir la producción de lixiviados en la
zona de vertederos.
Los dispositivos de deshidratación utilizan varias técnicas para la eliminación de
la humedad. Algunas, se basan en la evaporación y percolación naturales,
mientras que los aparatos de deshidratación mecánica utilizan medios físicos,
asistidos mecánicamente, para acelerar el proceso. Los medios físicos utilizados
incluyen la filtración, el prensado, la acción capilar, la extracción por vacío y la
separación y compactación por centrifugación. (HERRERA, 2003, págs. 19-20)
3.4.1
Lechos de secado de lodos
Los lechos, canchas, playas de secado son el método de deshidratación de lodo
más empleado. Los lechos de secado se suelen utilizar, normalmente, para la
deshidratación de lodos digeridos. Una vez seco, el lodo se retira y se evacúa a
vertederos controlados o se utiliza como acondicionador de suelos.
(Aguamarket, 2012)
36
Las principales ventajas son su bajo costo, el escaso mantenimiento que precisan,
y el elevado contenido en sólidos del producto final. Se utilizan cuatro tipos de
canchas de secado:
 Convencionales de arena
 Pavimentadas
 De medio artificial
 Por vacío.
En una cancha de secado convencional de arena, el lodo se extiende sobre la
misma, formando una capa de 200 a 300 mm de espesor y se deja secar. El lodo
se deshidrata por drenaje a través de la masa de lodo y de arena, y por
evaporación desde la superficie expuesta al aire. La mayor parte del agua se
extrae por drenaje, razón por la cual es fundamental disponer de un sistema de
drenaje adecuado. Las canchas de secado están equipadas con tuberías de drenaje
lateral (tuberías de gres con las juntas abiertas, o tuberías de plástico perforadas),
dispuestas con pendientes mínimas del 1%; separadas entre 2,5 y 6 m. Estos
conductos deben colocarse adecuadamente y cubrirse con grava gruesa o piedra
machacada. (Aguamarket, 2012)
La arena no debe tener un coeficiente de uniformidad superior a 4,0 y debe tener
un tamaño efectivo de grano comprendido entre 0,3 y 0,75 mm. El lodo seco
posee una textura gruesa y agrietada y es de color negro o marrón oscuro. El
contenido de humedad, después de 10 a 15 días en condiciones favorables, es
del orden del 60%. La extracción del lodo se realiza manualmente con palas,
carretillas o camiones, o mediante una pala rascadora o cargador frontal.
(Aguamarket, 2012)
Las canchas descubiertas se suelen utilizar en los casos en los que se dispone de
una superficie adecuada y suficientemente aislada como para evitar las quejas
provocadas por la generación ocasional de olores. Las canchas de secado
descubiertas deben ubicarse en emplazamientos que disten un mínimo de 100 m
de edificios y urbanizaciones. (Aguamarket, 2012)
37
Figura 3.8 Esquema tipo de una Cancha de secado
Fuente: (Mendez, 2005)
En las playas de secado, para deshidratar el lodo, éste se aplica en espesores de
hasta unos 50 cm, dejándose secar durante un período de tiempo suficiente para
que el material alcance el porcentaje de humedad deseado y pueda ser removido
manualmente (concentración de sólidos secos superior a 25% – 30%). La
deshidratación se lleva a cabo a través de dos mecanismos que se producen
secuencialmente:
 Drenaje o percolación
 Evaporación
En la primera etapa, una parte importante del agua contenida en el barro drena a
través del manto de arena y grava. Esta fase del proceso de secado no suele
demandar más de dos o tres días, removiéndose hasta un 60% del agua presente
originalmente y alcanzando al final de esta etapa concentraciones de sólidos
secos de hasta 20% – 25 %. Debido a las altas concentraciones de contaminantes
presentes en el líquido percolado, generalmente éste debe ser colectado y
recirculado a la cabeza del sistema de tratamiento principal. (Guía ambiental,
2010)
En la segunda etapa, parte del agua remanente se evapora, por el efecto
combinado de la radiación solar y la acción de las corriente convectivas del aire.
El agua eliminada a través de este mecanismo, comparado con el que se produce
en la primera etapa, es menor y se produce más lentamente, prolongándose por
unas semanas. (Guía ambiental, 2010)
38
La efectividad de las playas de secado depende fundamentalmente de las
condiciones climáticas esperables, principalmente:
 Las precipitaciones.
 La temperatura.
 La humedad relativa ambiente.
Las condiciones climáticas antes mencionadas son consideradas en el
dimensionamiento de las playas de secado.
La fase del proceso de 2 – 3 días (primera etapa) es crítica. Si el lodo no está
estabilizado, no podrá secarse por este método.
Figura 3.9 Esquema de una Playa de Secado
Fuente: (Guía ambiental, 2010)
Grava y arena (medio soporte).
Cañerías, para captar el líquido de drenaje (pendiente > 1% para evitar que el
material particulado decante).
Ventajas:
 Método más económico.
 No necesita operadores especializados.
 Bajo consumo de energía eléctrica.
 Menos sensibles a variaciones en la concentración.
 Bajo o nulo requerimiento de acondicionantes químicos.
 Pueden lograrse porcentajes de sólidos mayores.
 Producen un lodo más seco.
39
Desventajas:
 Requiere superficie mucho mayor.
 Necesita lodo estabilizado.
 Diseño basado en condiciones climáticas.
 Requieren mucha mano de obra.
 Molestias por olores y visuales.
 Costos de combustible y equipo para la limpieza de los sistemas de
lechos.
Debido al alto requerimiento de área superficial y a la gran necesidad de mano
de obra, se limita a plantas de tratamiento de relativamente pequeño tamaño.
(Guía ambiental, 2010)
3.4.2
Filtros prensa
En un filtro prensa, la deshidratación se lleva acabo forzando la evacuación del
agua presente en el lodo por la aplicación de una presión elevada. Las ventajas
de un filtro prensa incluyen:
 Altas concentraciones de sólidos en el lodo.
 Obtención de un filtrado muy clarificado.
 Elevada capturas de sólidos.
Los inconvenientes incluyen la complejidad mecánica, los elevados costes de
reactivos, los altos costes de mano de obra, y la limitada vida útil de las telas de
filtro, en la deshidratación de lodos se han utilizado diferentes tipos de filtros,
las dos topologías más empleadas son los filtros prensa de placas de volumen
fijo y los de volumen variable. Este filtro consiste en una serie de placas
rectangulares que se colocan enfrentadas entre si y en posición vertical sobre un
bastidor con un extremo fijo y otro móvil, sobre cada una de las placas se ajusta
o cuelga una tela filtrante. (HERRERA, 2003, p. 22)
40
Figura 3.10 Filtro prensa de placas de volumen constante utilizado para la
deshidratación de lodos
Fuente: (HERRERA, 2003, p. 22)
41
CAPITULO IV
4
PROPUESTA DE GESTIÓN DE LODOS PLANTA DE TRATAMIENTO
DE AGUAS RESIDUALES CAMAL METROPOLITANO DE QUITO
4.1
CALIDAD DE AGUA
Para el efecto se realizaron análisis de la calidad del agua a la entrada del tanque
de homogenización 1 como unidad inicial del proceso de Tratamiento de Aguas
Residuales y a la salida del efluente de los filtros, punto previo a la descarga del
sistema de alcantarillado existente.
Tabla 4.1 Características físicas, químicas del agua en la PTAR-CMQ
Temperatura
°C
25,00
29,90
< 40
Cumple
ORDENANZA
404
< 40
Cumple
pH
Sólidos
Suspendidos
Totales
Oxígeno
Disuelto
-
6,80
7,30
6a9
Cumple
6a9
mg/l
DBO5
mg/l
DQO
mg/l
Hierro
mg/l
Parámetro
Unidad Entrada Salida
mg/l
TULSMA
Eficiencia
(%)
-
Cumple
-
No
Cumple
84,62
-
-
1.559,00 32,33 250,00 Cumple 170,00
Cumple
97,93
3.750,00 113,67 500,00 Cumple 350,00
Cumple
96,97
Cumple
91,94
Promedio
92,87
3.824,00 588,00 220,00
3,30
10,55
0,97
0,85
-
No
100,00
Cumple
-
25,00 Cumple
-
25,00
Fuente: Análisis de Aguas Residuales Laboratorio Facultad de Ciencias Químicas;
Elaborado por: Autores
Comparando la calidad del agua de entrada a la Planta con la de salida varía de
forma considerable después del proceso de tratamiento, cumplen con la normativa
TULSMA y la Ordenanza 404 los siguientes parámetros: el oxígeno disuelto pasa
de 3.3 mg/l al inicio del proceso a 0,97 mg/l previo a la descarga, de la misma
manera la DBO5 pasa de 1.559 mg/l a 32,33 mg/l, el DQO pasa de 3.750 mg/l a
113,6 mg/l, mientras que los sólidos suspendidos totales pasan de 3.824 mg/l a
588 mg/l este último valor no cumple ninguna de las dos normativas lo que nos
indica que aun después del proceso de tratamiento el efluente no puede ser enviado
directamente al sistema de alcantarillado siendo necesario la evaluación de las
unidades y una propuesta de mejora de las mismas para lograr cumplir en su
totalidad las condiciones de descarga de aguas residuales.
42
La PTAR-CMQ cumple con la función para la que ha sido diseñada en casi todos
los parámetros analizados salvo en los sólidos suspendidos totales, en cuanto al
hierro total claramente se observa que los valores de hierro son muy bajos y el
agua escasamente contiene este parámetro. La planta tiene una eficiencia de
remoción de contaminantes promedio de 92,87%; esta eficiencia se ve reflejada
en las condiciones del lodo generado lo que permite que se lo pueda utilizar
posteriormente en el proyecto de gestión de residuos sólidos en la PTAR-CMQ.
4.2
UNIDADES OPERATIVAS EN LOS QUE SE GENERAN LODOS
En la PTAR-CMQ durante el tratamiento se generan lodos en los siguientes
procesos:
Tabla 4.2 Unidades de Generación de Lodos
UNIDAD
TIPO DE LODO
TANQUE DE HOMOGENIZACIÓN 1
PRIMARIO
SEPARADOR DE SÓLIDOS
PRIMARIO
SEDIMENTADOR SECUNDARIO
ACTIVO
FÍSICO QUÍMICO
ACTIVO
Fuente: PTAR-CMQ; Elaborado por: Autores
4.2.1
Tanque de Homogenización 1 (TH1)
En este proceso se recogen los lodos sedimentados cuando se realiza la limpieza
del mismo.
Largo = L = 18,00 m
Ancho = A = 5,60 m
Altura de lodos sedimentados = hL =0,10 m
Caudal de lodos:
. �
. �
. �
=
=
=
. �
,
∗�∗
,
= ,
43
(Ec. 4-1)
∗ ,
/
∗ ,
� �
/ í
4.2.2
Separador de Sólidos (Sep.Sol.)
Durante este proceso al final de la semana se recoge la cantidad de:
= ,
�.�� .� �.
.
.
.
/
= ,
� �
/ í
Para determinar la densidad de este lodo se utiliza el siguiente equipo y material:
 Balde plástico
Volumen = 0,023 m3
 Balanza de resorte
Capacidad = ± 50 kg
Tabla 4.3 Datos para determinar la Densidad del Lodo del Separador Sólidos
Peso Balde
0,800
Kg
Peso Muestra + Balde
3,800
Kg
Peso Muestra
3,000
Kg
Volumen de Muestra del Lodo Separador de Sólidos
0,012
m3
256,637
kg/m3
Densidad Lodo Sep. Sólidos
Fuente: PTAR-CMQ; Elaborado por: Autores
La cantidad de lodos generados es la siguiente:
.
Donde:
.
.
=
�
∗
(Ec. 4-2)
PL.Sep.Sol. = Es el peso del lodo generado en el separador de sólidos, en kg/día.
Qmáx = Es el caudal máximo de lodos generados en el separador de sólidos al
día, en m3/día.
D = Es la densidad del lodo generado en el separador de sólidos, en kg/m3.
.
.
.
.
= ,
.
.
í�
=
,
44
∗
,
/ í
�
4.2.3
Sedimentador Secundario (SS)
En este proceso la cantidad de generación de lodos se la registra mediante un
aforo volumétrico utilizando el siguiente equipo y material:
 Balde plástico
Capacidad = 21 litros
 Cronómetro
Apreciación = ± 0,01 s
En la siguiente tabla se indican los lodos generados en el sedimentador secundario,
los cuales se registraron durante 5 purgas, cada 2 horas y media durante 60
segundos. Estas 5 purgas son un promedio diario que se realizan en la planta, las
cuales dependen de la cantidad de lodo sedimentado que se obtiene mediante la
prueba de sedimentabilidad en el reactor biológico. Y el caudal máximo obtenido
es durante el día de faenamiento de bovinos debido al mayor uso de agua para este
proceso.
Tabla 4.4 Cantidad de Lodos Promedio Generados en el Sedimentador
Secundario
SEDIMENTADOR SECUNDARIO
DIAS
FECHA
N° de PURGAS
CAUDAL (l/s)
CAUDAL (m3/día)
MIÉRCOLES
10/02/2016
5
9,677
2,903
JUEVES
11/02/2016
5
8,570
2,571
VIERNES
12/02/2016
5
8,722
2,616
LUNES
15/02/2016
5
10,988
3,296
MARTES
16/02/2016
5
9,176
2,753
Fuente: PTAR-CMQ; Elaborado por: Autores
Nota: Aforos diarios – horarios (Ver Anexo 1)
Para determinar la densidad de este lodo se utiliza el siguiente equipo y material:
 Balde plástico
Volumen = 0,023 m3
 Balanza de resorte
Capacidad = ± 50 kg
45
Tabla 4.5 Datos para determinar la Densidad del Lodo del Sedimentador
Secundario
Peso Balde
0,800
Kg
Peso Muestra + Balde
9,500
Kg
Peso Muestra
8,700
Kg
Volumen Muestra de Lodo Sedimentador Secundario
0,009
m3
1.014,882
kg/m3
Densidad Lodo Sedimentador Secundario
Fuente: PTAR-CMQ; Elaborado por: Autores
La cantidad de lodos generados en esta etapa es la siguiente:
=
Donde:
�
∗
(Ec. 4-3)
PLSS = Es el peso del lodo generado en el sedimentador secundario, en kg/día.
Qmáx = Es el caudal máximo de lodos generados en el sedimentador secundario
de acuerdo con la tabla 4.4 y el Anexo 2, en m3/día.
D = Es la densidad del lodo generado en el sedimentador secundario, en kg/m3.
���
4.2.4
Físico Químico (FQ)
= ,
= .
í�
∗ .
,
,
�
/ í
En este proceso la cantidad de generación de lodos se la registró mediante un
aforo volumétrico utilizando el siguiente equipo y material:
 Balde plástico
Capacidad = 21 litros
 Cronómetro
Apreciación = ± 0,01 s
En la siguiente tabla se indican los lodos generados en el sedimentador secundario,
los cuales se registraron durante 5 purgas, cada 2 horas y 30 minutos durante 60
segundos. Estas 5 purgas son un promedio diario que se realizan en la planta, las
cuales dependen de la cantidad de lodo sedimentado que se obtiene mediante la
46
prueba de sedimentabilidad en el reactor biológico. El caudal máximo obtenido
fue el día lunes donde se realiza faenamiento de bovinos esto se debe a que existe
el mayor uso de agua para dicho proceso.
Tabla 4.6 Cantidad de Lodos Promedio Generados en el Tanque Físico
Químico
FÍSICO QUÍMICO
DIAS
FECHA
N° de PURGAS
CAUDAL (l/s)
CAUDAL (m3/día)
MIÉRCOLES
10/02/2016
5
9,588
2,876
JUEVES
11/02/2016
5
9,070
2,721
VIERNES
12/02/2016
5
8,856
2,657
LUNES
15/02/2016
5
10,454
3,136
MARTES
16/02/2016
5
9,297
2,789
Fuente: PTAR-CMQ; Elaborado por: Autores
Nota: Aforos diarios – horarios (Ver Anexo 2)
Para determinar la densidad de este lodo se utiliza el siguiente equipo y material:
 Balde plástico
Volumen = 0,023 m3
 Balanza de resorte
Capacidad = ± 50 kg
Tabla 4.7 Datos para determinar la Densidad del Lodo del Tanque Físico
Químico
Peso Balde
0,800
Kg
Peso Muestra + Balde
11,000
Kg
Peso Muestra
10,200
Kg
Volumen de Muestra del Lodo Físico Químico
0,010
m3
1.006,806 kg/m3
Densidad Lodo Físico Químico
Fuente: PTAR-CMQ; Elaborado por: Autores
La cantidad de lodos generados en esta etapa es la siguiente:
�
=
�
47
∗
(Ec. 4-4)
Donde:
PLFQ = Es el peso del lodo generado en el tanque físico – químico, en kg/día.
Qmáx = Es el caudal máximo de lodos generados en el tanque físico – químico
de acuerdo con la tabla 4.6 y el Anexo 2, en m3/día.
D = Es la densidad del lodo generado en el tanque físico – químico, en kg/m3.
���
= ,
�
= .
í�
48
∗ .
,
,
/ í
�
4.2.5
Caracterización del lodo por Normativa
El lodo generado en la PTAR-CMQ, de acuerdo con un análisis realizado por la
EMRAQ-EP a los lodos que se encuentran en la Planta se determina que no es
un residuo peligroso de acuerdo con los siguientes resultados:
Figura 4.1 Resultados del Lodo Generado en la PTAR-CMQ
Fuente: PTAR-CMQ
Comparado con la Ordenanza 404 en las siguientes tablas del artículo 10
NORMA TÉCNICA DE DESECHOS PELIGROSOS Y ESPECIALES, se
descarta que este lodo sea considerado como residuo peligroso.
49
Tabla 4.8 Límites Máximos Permisibles Para Extracción De Metales Pesados
En Base Seca 8,9
CONTAMINANTE
Arsénico
Cadmio
Cromo
Plomo
Mercurio
Níquel
Zinc
LÍMITE MÁXIMO PERMISIBLE
mg/kg en Base Seca
75
85
3000
4300
840
57
420
Fuente: (Secretaria de Ambiente, 2014)
8.- Norma Oficial Mexicana NOM-004-SEMARNAT-2002, Protección ambiental.- Lodos y biosólidos.Especificaciones y límites máximos permisibles de contaminantes para su aprovechamiento y disposición final.
9.- Manejo Ambientalmente Adecuado de Lodos Provenientes de Plantas de Tratamiento. Municipio
Metropolitano de Quito, Dirección de Medio Ambiente.
Tabla 4.9 Criterios Microbiológicos Para No Catalogar A Un Desecho
Biológico Como Peligroso
Parámetro
Concentración máxima permitida
Coliformes fecales
2x106 NPM o UFC/g ST
Huevos de Helmintos
15/g
Salmonella sp
103/g
Fuente: (Secretaria de Ambiente, 2014)
NPM: número más probable.
UFC: unidades formadoras de colonias.
ST: sólidos totales.
De acuerdo con las tablas anteriores se utilizan Normativas Mexicanas, debido a
que en el país no se cuenta con una normativa de lodos que ayude a regular los
mismos.
4.3
METODOLOGÍA DE TOMA DE MUESTRAS
En el presente estudio técnico se toman muestras tanto del lodo primario y lodo
activo generado en la PTAR-CMQ, con el fin de establecer características físicas
químicas y microbiológicas de los mismos. Los datos in situ son tomados por
los autores del presente estudio, con un equipo portátil multiparamétrico con
GPS, marca HANNA, modelo HI 9829.
50
Figura 4.2 Equipo Multiparamétrico
Fuente: PTAR-CMQ
A continuación se describe los puntos de muestreo y su metodología.
4.3.1
Separador de sólidos
La muestra proveniente de esta unidad se toma de forma directa:
Figura 4.3 Toma de muestra del Separador de Sólidos
Fuente: PTAR-CMQ
Muestra de tipo puntual, la cual se toma de forma directa en el separador de
sólidos, se recolecta la cantidad de 1 kg en papel aluminio y posteriormente en
una funda plástica ziploc, después se conserva la muestra en un cooler a una
temperatura de 4°C. Adicionalmente se toma una muestra en un frasco estéril de
100,0 ml dejando un espacio en el mismo para la respiración de las bacterias. La
51
muestra es transportada desde el sitio de muestreo hasta el laboratorio
ANAVANLAB por su propio personal.
In situ se midió temperatura y pH con un equipo multiparamétrico.
 Tipo de muestra: puntual
4.3.2
 Día:
miércoles 10/02/2016
 Hora:
10:00 am
 Cantidad:
1 kg
Tanque de homogenización 1
La muestra proveniente de esta unidad se toma el día de limpieza del tanque
cuando el volumen líquido es evacuado:
Figura 4.4 Toma de muestra Tanque de Homogenización 1
Fuente: PTAR-CMQ
Muestra de tipo puntual, la cual se toma de forma directa en el tanque de
homogenización 1, se recolecta la cantidad de 1 kg en papel aluminio y
posteriormente en una funda plástica ziploc, después se conserva la muestra en
un cooler a una temperatura de 4°C. Adicionalmente se toma una muestra en un
frasco estéril de 100,0 ml dejando un espacio en el mismo para la respiración de
las bacterias. La muestra es transportada desde el sitio de muestreo hasta el
laboratorio ANAVANLAB por su propio personal.
In situ se midió temperatura y pH con un equipo multiparamétrico.
52
 Tipo de muestra: puntual
4.3.3
 Día:
sábado 13/02/2016
 Hora:
10:00 am
 Cantidad:
1 kg
Sedimentador secundario
La muestra proveniente de esta unidad se recolecta de las válvulas de purga, de
la siguiente manera:
Figura 4.5 Toma de muestra Sedimentador Secundario
Fuente: PTAR-CMQ
Muestra de tipo compuesta, se toma alícuotas en los siguientes días y horas:
 Días:
viernes 12/02/2016 – lunes 15/02/2016 –
martes 16/02/2016
 Hora:
8:00 am - 10:00 am – 12:00 pm – 14:00 pm
Las muestras se las recolecta de las válvulas de purga que están ubicadas en el
digestor aerobio en un envase de 21 litros.
El día viernes 12/02/2016 se recolecta la correspondiente alícuota de 500,0 ml
en un frasco plástico, recolectando finalmente 2.000,0 ml de muestra requerida
por el laboratorio. Se recolecta otra alícuota de 62,5 ml en un frasco ámbar, en
dicha muestra se colocan 4 gotas de ácido sulfúrico (H2SO4) para conservación
de la muestra, recolectando finalmente 250,0 ml de muestra requerida por el
53
laboratorio. Adicionalmente se toma una muestra en un frasco estéril de 100,0
ml dejando un espacio en el mismo para la respiración de las bacterias.
El día lunes 15/02/2016 se recolecta la correspondiente alícuota de 500,0 ml en
un frasco plástico, recolectando finalmente 2.000,0 ml de muestra requerida por
el laboratorio. Se recolecta otra alícuota de 62,5 ml en un frasco ámbar, en dicha
muestra se colocan 4 gotas de ácido sulfúrico (H2SO4) para conservación de la
muestra, recolectando finalmente 250,0 ml de muestra requerida por el
laboratorio. Se toma otra alícuota de 500,0 ml en un frasco plástico, recolectando
finalmente 2.000,0 ml de muestra requerida por el laboratorio. Se recolecta otra
alícuota de 250,0 ml en un frasco ámbar, en dicha muestra se colocan 4 gotas de
ácido sulfúrico (H2SO4) para conservación de la muestra, recolectando
finalmente 1.000,0 ml de muestra requerida por el laboratorio. Adicionalmente
se toma una muestra en un frasco estéril de 100,0 ml dejando un espacio en el
mismo para la respiración de las bacterias.
El día martes 16/02/2016 se recolecta una alícuota de 62,5 ml en un frasco
plástico, recolectando finalmente 250,0 ml de muestra requerida por el
laboratorio. Adicionalmente se toma una muestra en un frasco estéril de 100,0
ml dejando un espacio en el mismo para la respiración de las bacterias.
Todas estas muestras son guardadas en un cooler a temperatura de 4°C para su
conservación. Las muestras son transportadas desde el sitio de muestreo hasta el
laboratorio ANAVANLAB por su propio personal.
In situ se midió temperatura y pH con un equipo multiparamétrico.
 Cantidad:
2.350,00 ml Viernes 12/02/2016
5.350,00 ml Lunes 15/02/2016
350,00 ml Martes 16/02/2016
4.3.4
Físico químico
La muestra proveniente de esta unidad se recolecta de las válvulas de purga, de
la siguiente manera:
54
Figura 4.6 Toma de muestra Físico Químico
Fuente: PTAR-CMQ
Muestra de tipo compuesta, se toma alícuotas en los siguientes días y horas:
 Días:
 Hora:
viernes 12/02/2016 – lunes 15/02/2016 –
martes 16/02/2016
8:00 am - 10:00 am – 12:00 pm – 14:00 pm
Las muestras se las recolecta de las válvulas de purga que están ubicadas en el
digestor aerobio en un envase de 21 litros.
El día viernes 12/02/2016 se recolecta la correspondiente alícuota de 500,0 ml
en un frasco plástico, recolectando finalmente 2.000,0 ml de muestra requerida
por el laboratorio. Se recolecta otra alícuota de 62,5 ml en un frasco ámbar, en
dicha muestra se colocan 4 gotas de ácido sulfúrico (H2SO4) para conservación
de la muestra, recolectando finalmente 250,0 ml de muestra requerida por el
laboratorio. Adicionalmente se toma una muestra en un frasco estéril de 100,0
ml dejando un espacio en el mismo para la respiración de las bacterias.
El día lunes 15/02/2016 se recolecta la correspondiente alícuota de 500,0 ml en
un frasco plástico, recolectando finalmente 2.000,0 ml de muestra requerida por
el laboratorio. Se recolecta otra alícuota de 62,5 ml en un frasco ámbar, en dicha
muestra se colocan 4 gotas de ácido sulfúrico (H2SO4) para conservación de la
muestra, recolectando finalmente 250,0 ml de muestra requerida por el
laboratorio. Se toma otra alícuota de 500,0 ml en un frasco plástico, recolectando
finalmente 2.000,0 ml de muestra requerida por el laboratorio. Se recolecta otra
alícuota de 250,0 ml en un frasco ámbar, en dicha muestra se colocan 4 gotas de
ácido sulfúrico (H2SO4) para conservación de la muestra, recolectando
55
finalmente 1.000,0 ml de muestra requerida por el laboratorio. Adicionalmente
se toma una muestra en un frasco estéril de 100,0 ml dejando un espacio en el
mismo para la respiración de las bacterias.
El día martes 16/02/2016 se recolecta una alícuota de 62,5 ml en un frasco
plástico, recolectando finalmente 250,0 ml de muestra requerida por el
laboratorio. Adicionalmente se toma una muestra en un frasco estéril de 100,0
ml dejando un espacio en el mismo para la respiración de las bacterias.
Todas estas muestras son guardadas en un cooler a temperatura de 4°C para su
conservación. Las muestras son transportadas desde el sitio de muestreo hasta el
laboratorio ANAVANLAB por su propio personal.
In situ se midió temperatura y pH con un equipo multiparamétrico.
 Cantidad:
2.350,00 ml Viernes 12/02/2016
5.350,00 ml Lunes 15/02/2016
350,00 ml Martes 16/02/2016
56
4.3.5
Tabulación de resultados
4.3.5.1 In Situ
A continuación resultados in situ:
Tabla 4.10 Parámetros In Situ
DIA
FECHA
MIÉRCOLES 10/02/2016
PUNTO
HORA
T°C
(AMB.)
T°C
(MUESTRA)
pH
SEPARADOR DE
SÓLIDOS
10:00
21,65
24
6,5
8:00
10:00
12:00
14:00
PROM.
8:00
10:00
12:00
14:00
PROM.
12,45
21,65
16,70
16,10
16,73
12,45
21,65
16,70
16,10
16,73
20,25
24,47
21,98
22,30
22,25
20,11
22,50
22,21
22,50
21,83
7,31
7,27
7,29
7,28
7,29
7,37
7,37
7,33
7,29
7,34
10:00
21,15
17,34
7,15
8:00
10:00
12:00
14:00
PROM.
8:00
10:00
12:00
14:00
PROM.
8:00
10:00
12:00
14:00
PROM.
8:00
10:00
12:00
14:00
PROM.
13,10
24,50
23,30
22,53
20,86
13,10
24,50
23,30
22,53
20,86
17,25
21,30
18,46
21,50
19,63
17,25
21,30
18,46
21,50
19,63
20,37
24,13
25,22
24,20
23,48
20,12
23,68
24,61
25,45
23,47
22,23
23,32
24,14
23,01
23,18
21,50
22,35
23,19
23,19
22,56
7,10
7,04
7,80
7,24
7,30
7,05
7,01
6,97
7,01
7,01
7,21
7,29
7,27
7,29
7,27
7,23
7,27
7,30
7,27
7,27
SEDIMENTADOR
SECUNDARIO
VIERNES
12/02/2016
FÍSICO QUÍMICO
SÁBADO
13/02/2016
TANQUE DE
HOMOGENIZACIÓN 1
SEDIMENTADOR
SECUNDARIO
LUNES
15/02/2016
FÍSICO QUÍMICO
SEDIMENTADOR
SECUNDARIO
MARTES
16/02/2016
FÍSICO QUÍMICO
Fuente: PTAR-CMQ; Elaborado por: Autores
57
4.3.5.2 Laboratorio
La entidad “ANALÍTICA AVANZADA - ASESORÍA Y LABORATORIOS ANAVANLAB CIA. LTDA.”, realizan los análisis físicos
químicos y microbiológicos de las muestras. A continuación se detalla la tabulación de los resultados obtenidos en este laboratorio:
Tabla 4.11 Tabulación de Resultados de Laboratorio
Parámetro
Unidad
Miércoles
Viernes 12/02/2016
Sábado 13/02/2016
Lunes 15/02/2016
Martes 16/02/2016
10/02/2016
Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3
Muestra 4
Muestra 5 Muestra 6 Muestra 7 Muestra 8
Sep.
FísicoSed.
T.
FísicoSed.
FísicoSed.
Sólidos
Químico Secundario Homogenización 1 Químico Secundario Químico Secundario
24
21,83
22,25
17,34
23,47
23,48
22,56
23,18
6,5
7,34
7,29
7,15
7,01
7,3
7,27
7,27
Temperatura
ºC
pH
Sólidos Suspendidos
mg/l
Volátiles
DBO
mg/l
DQO
mg/l
Carbono
mg/l
Nitrógeno
mg/l
Coliformes Fecales NMP/100ml 110000000
42,21
Humedad
%
47,65
Materia Orgánica
%
3
175
12
183
31
18
54
95
4496
8800
<1,1
210000
108
179
50
23
2400
4096
8210
2215
480
170000
11000
280000
46000000
76,28
86,87
Fuente: ANAVANLAB CIA. LTDA.; Elaborado por: Autores
Nota 1: Resultados del laboratorio ANAVANLAB CIA. LTDA. (Ver Anexo 3)
Nota 2: Acreditación del laboratorio ANAVANLAB CIA. LTDA. (Ver Anexo 4)
Nota 3: Certificación de recepción de muestras ANAVANLAB CIA. LTDA. (Ver Anexo 5)
58
4.4
4.4.1
MODELO DE LA PROPUESTA
Digestor Aerobio
En las Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales es necesario realizar un
monitoreo de las unidades operativas con el fin de verificar si las mismas
cumplen la función para las que han sido diseñadas.
Por esta razón se realiza una evaluación del digestor existente en la PTAR-CMQ,
y se plantea un rediseño de dicha unidad con el fin de optimizar el tratamiento
de lodos generados en la planta previa a la descarga al sistema de alcantarillado
público.
4.4.1.1 Evaluación
Condiciones actuales:
Las dimensiones de este tanque son: largo 7,20 m, ancho 3,20 m, profundidad
en la zona baja 2,00 m, profundidad en la zona alta 2,50 m, con una capacidad
aproximada de 52,00 m3, actualmente la unidad no está en funcionamiento.
Esta colocado un equipo de las siguientes características:
Tabla 4.12 Datos Característicos del Aireador Instalado
AIREADOR
Aireador
Equipo:
Fabricante:
RIALANCE ELECTRIC ID No.
6510733 OI 6 1 MF
Tanque Digestor Aerobio
Localización:
20 HP
Potencia:
VOLTAJE:
3.510 RPM
Velocidad:
CORRIENTE:
360 VCA
30,4 A
40 lb/hora
Oxigeno:
ESTADO OPERATIVO:
-Equipo no operativo.
-No dispone de manuales
-Los datos especificados están de acorde a la placa del equipo.
-Los datos de la placa principal se hallan borrosos y no se puede distinguir el
No. de serie y Modelo del equipo.
Fuente: (Catastro de Equipos PTAR-CMQ, 2012)
59
4.4.1.2 Rediseño
Para el diseño del digestor se utiliza la ecuación 14.22 de METCALF Y EDDY
(2003), igual a la ecuación 22.36 de WEF y ASCE (1998) que es la siguiente:
�
�
=
�
�
∗
�
Donde:
+�
(Ec. 4-5)
 VDA = Volumen del Digestor Aerobio (m3)
 QLLS = Caudal de lodos que ingresan al digestor (m3/día)
 SS = Sólidos suspendidos en el lodo que ingresa (mg/l)
 kd = Constante de respiración endógena (días-1)
 PV = Fracción de sólidos suspendidos volátiles contra sólidos
suspendidos (%)
 θc = Tiempo de retención de lodos (días)
Datos:
a) Caudal total que ingresa al digestor aerobio tomado: Tabla 4.4 y Tabla 4.6,
QSedimentador + QFísico Químico )
=
,
/ í
b) Sólidos suspendidos según (COMISIÓN NACIONAL DEL AGUA
(CONAGUA), Diciembre 2007) “La concentración de sólidos suspendidos
en el digestor tendrá un ámbito desde el valor de la concentración de sólidos
suspendidos en el influente, de 8.000 mg/l, hasta el valor máximo de la
concentración de 30.000 mg/l”. Para un rango de seguridad se toma el valor
de 30.000 mg/l, en caso de presentarse la mayor concentración de sólidos
suspendidos.
=
.
/
c) Constante de respiración endógena se toma de acuerdo a lo siguiente:
Según: (Eddy, 2003) “Los valores representativos para kd pueden variar
desde 0,05 d-1 a 15°C a 0.14 d-1 a 25°C, para lodos activados”.
=
.
60
−
d) Fracción de sólidos suspendidos volátiles contra sólidos suspendidos según
(COMISIÓN NACIONAL DEL AGUA (CONAGUA), Diciembre 2007)
“En promedio, la concentración de sólidos suspendidos dentro del digestor
es igual al 70%”.
� =
%
e) Tiempo de retención de lodos, está en función de la temperatura ambiente
y es el siguiente de acuerdo a la tabla 4.13:
�
=
í
Tabla 4.13 Criterios de Diseño para Digestores Aerobios
Parámetro
Valor
Tiempo de detención hidráulica, días a 20°C*
Lodo activado solamente
12 - 16
lodo activado de Planta operada sin sedimentación primaria
16 - 18
Lodo primario más activado o de filtro percolador
18 - 22
Carga de sólidos, kilogramo de sólidos volátiles/metros cúbicos/día
0.1 - 0.2
Necesidades de oxígeno, kilogramos /kilogramos de tejido celular
Aprox. 2
destruidos**
DBO5 en lodo primario
1.6 - 1.9
Necesidades de energía para el mezclado
Aireadores mecánicos, kW/metro cúbico de tanque
Mezclado por aire, metros cúbicos de aire en condiciones normales por
metro cúbico de tanque
0.013 - 0.026
0.02 - 0.03
Nivel de oxígeno disuelto en el líquido, mg/l
Reducción de sólidos suspendidos volátiles, %
1-2
35 - 50
* Los tiempos de detención deberán aumentarse para las temperaturas por debajo de 20°C.
Si no se pudiera extraer lodo durante ciertos períodos (por ejemplo, fines de semana, tiempo
lluvioso), se preverán otros tanques de almacenamiento.
** El amoníaco producido durante la oxidación carbonácea se oxida a nitrato
Fuente: (RANDALL, 1980)
Elaborado por: Autores
Se adopta este valor por que el caudal de lodos que la PTAR-CMQ genera, es
menor al caudal de diseño inicial.
61
Cálculo:
�
�
��� =
=
�
∗
,
.
�
�
�
�
,
=
�
�
.
+
∗ ,
,
�
(Ec. 4-5)
+
El volumen del digestor aerobio actual, cumple con la capacidad necesaria para
la generación de lodos que se presenta en la PTAR-CMQ.
Cantidad de Oxígeno para estabilizar la materia orgánica
En los digestores aerobios es necesario un sistema de aireación que puede ser de
aire difuso, turbinas mecánicas sumergidas, aireadores de chorro, o sistemas
combinados.
⁄
í =
�
�
⁄
(Ec. 4-6)
 Kg de O2/ Kg SS = kilogramo de oxígeno necesario por cada kilogramo
de SS
 QLLS = Caudal de lodos que ingresan al digestor (m3/día)
 SS = Sólidos suspendidos en el lodo que ingresa (kg/m3)
Datos:
a) QLLS = 6,432 m3/día
b) SS = 30,00 kg/m3
c) Kilogramo de oxígeno necesario por cada kilogramo de SS se toma el valor
de 2 kg de O2/ kg SS, de acuerdo a la Tabla 4.13
Cálculo:
⁄
�
í =
�
⁄
�í� = ,
62
�
�
⁄
,
�
(Ec. 4-6)
⁄
⁄
⁄
í =
,
í =
,
=
,
Tiempo de retención hidráulico (TRH).
Este tiempo se lo calcula en función del volumen del digestor aerobio y del
caudal entrante al mismo
�=
Donde:
� �
(Ec. 4-7)
 VDA = Volumen del Digestor Aerobio (m3)
 QLLS = Caudal de lodos que ingresan al digestor (m3/día)
Cálculo:
�=
� �=
�= ,
,
í
�
,
�
/ ��
≅
í
Por lo tanto las especificaciones para el aireador serán las siguientes:
 No: 1
 Tipo: Superficial
 Capacidad mínima: 35 lb O2 / hora
Con estas especificaciones tenemos que el aireador instalado actualmente
cumple con los requisitos de inclusión de oxígeno.
Con estas especificaciones los parámetros operacionales del digestor que se
deben medir son: oxígeno disuelto, pH, temperatura y turbiedad, los cuales serán
medidos diariamente cada tres horas para llevar el control de esta unidad.
63
4.4.2
Lecho de Secado
Una operación unitaria en el tratamiento de lodos residuales es la deshidratación,
la misma que puede ser realizada mediante diferentes procesos. En la PTARCMQ se pretende utilizar lechos de secado para llevar a cabo esta operación.
4.4.2.1 Modelo
Para la PTAR-CMQ se construye un modelo de lecho de secado de las siguientes
dimensiones:
 Largo:
1,00 m
 Ancho:
1,00 m
 Altura de grava:
0,30 m
 Altura de arena:
0,20 m
 Altura de ladrillo:
0,10 m
Figura 4.7 Modelo de Lecho de Secado
CAJA DE MADERA
VARIABLE
LODO
MALLA FINA
LADRILLO
0,2
ARENA GRUESA
0,3
RIPIO 2"
TUBERÍA PVC 2"
1
Elaborado por: Autores
Nota: El modelo planteado se construye en los predios de la EMRAQ-EP.
El modelo de lecho de secado permite la deshidratación del lodo producido, se
lo hace únicamente por evaporación exponiéndole a condiciones climáticas de
la zona y protegiéndole de la precipitación; está constituido por seis tuberías
perforadas, el diámetro de perforación 0,015 m, diámetro de tubería 0,051 m
64
(2”). Una capa inferior de grava de 0,051 m (2”), espesor de 0,30 m. Una capa
de arena gruesa, espesor 0,20 m.
Para facilidad de recolección del lodo acumulado en lecho de secado se utiliza
una capa de ladrillo de las siguientes dimensiones; largo 0,35 m, ancho 0,15 m,
espesor 0,10 m, y sobre esta capa se coloca malla fina de zaranda; además el
modelo cuenta con una cubierta plástica para evitar el ingreso de aguas lluvias.
El lodo utilizado para la evaluación del modelo de lecho de secado proviene del
sedimentador secundario de la PTAR-CMQ.
El volumen de lodo colocado en el modelo es de 0,10 m3 equivalente a una altura
de 0,01 m; a los 30 días del proceso de secado el peso del lodo seco es 0,46 kg.
El lecho de secado es la alternativa más idónea para la deshidratación de lodos
en la PTAR-CMQ debido a que no se necesita un gran presupuesto para su
implementación además las condiciones del sector permite al modelo
desempeñar su función de manera correcta.
De acuerdo con bibliografía consultada “En un lecho de secado el lodo se
extiende sobre el mismo, formando una capa de hasta 300 mm de espesor
máximo para posteriormente dejar secar este lodo.” (Aguamarket, 2012), por
seguridad en el diseño final de lecho de secado se adoptará una altura de lodo de
0,25 m, con lo cual se cumplirá la deshidratación del mismo asegurando su
operacionalidad y funcionalidad.
El modelo planteado permite definir la eficiencia del lecho de secado para la
deshidratación de los lodos generados en la PTAR-CMQ, así como la obtención
de un lodo de base seca, que posteriormente se lo lleva a un proceso de
estabilización; de esta manera se asegura la funcionalidad del mismo.
65
Figura 4.8 Modelo de Lecho de Secado In Situ (Esc: 1:4.7)
Fuente: Modelo del Lecho de Secado; Elaborado por: Autores
Figura 4.9 Lodo colocado en el Modelo de Lecho de Secado In Situ
Fuente: Modelo del Lecho de Secado; Elaborado por: Autores
El proceso de control de este modelo de lecho de secado fue el siguiente:
Se tomó 2 muestras de este lodo deshidratado durante los primeros 5 días,
posteriormente cada 7 días hasta conseguir un contenido de humedad necesario
para un sistema de compostaje (15% - 40%). El cual se lo obtuvo al término de
30 días con un porcentaje de humedad de 22,50%.
66
En la siguiente tabla se detalla la disminución de humedad de lodo durante el
proceso de deshidratado.
Tabla 4.14 Contenido de Humedad del Lodo del Modelo de Lecho de Secado
CONTENIDO DE AGUA O HUMEDAD
Proyecto
Localización
Día
EVALUACIÓN DE LA
GESTIÓN DE RESIDUOS
SÓLIDOS EN LA PLANTA DE
TRATAMIENTO DE AGUAS
RESIDUALES DEL CAMAL
METROPOLITANO DE
QUITO Y PROPUESTA DE
MEJORA
Empresa Pública Metropolitana
de Rastro Quito (EMRAQ-EP)
Planta de Tratamiento de Aguas
Residuales (PTAR-CMQ)
Fecha
MIÉRCOLES 09/03/2016
Recipiente
+ suelo + suelo
Parcial
húmedo seco
Peso
No.
CONTENIDO DE
AGUA
Muestra
w1
w2
w3
w
g
G
g
%
Hora
1
40
70
55
100,00
8:00 AM
2
40
65
55
66,67
Día
Fecha
Hora
1
40
75
60
75,00
JUEVES
10/03/2016
8:00 AM
2
40
65
55
66,67
Día
Fecha
Hora
1
40
80
65
60,00
VIERNES
11/03/2016
8:00 AM
2
40
75
60
75,00
Día
Fecha
Hora
1
40
70
60
50,00
SÁBADO
12/03/2016
8:00 AM
2
40
75
60
75,00
Día
Fecha
Hora
1
40
75
60
75,00
DOMINGO
13/03/2016
8:00 AM
2
40
70
65
20,00
Día
Fecha
Hora
1
40
75
70
16,67
DOMINGO
20/03/2016
8:00 AM
2
40
70
60
50,00
Día
Fecha
Hora
1
40
80
70
33,33
DOMINGO
27/03/2016
8:00 AM
2
40
85
75
28,57
Día
Fecha
Hora
1
40
60
55
33,33
DOMINGO
31/03/2016
8:00 AM
2
40
80
75
14,29
Día
Fecha
Hora
3
40
70
65
20,00
LUNES
08/04/2016
9:00 AM
80
25,00
4
40
90
Fuente: Modelo del Lecho de Secado
Elaborado por: Autores
67
Promedio
%
83,33
70,83
67,50
62,50
47,50
33,33
30,95
23,81
22,50
Figura 4.10 Curva de Humedad
Curva de Humedad
% Humedad
Contenido de humedad
90,00
80,00
70,00
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
0
5
10
15
20
25
30
Días
Fuente: Tabla 4.11 Contenido de Humedad del Lodo del Modelo de Lecho de Secado;
Elaborado por: Autores
En la curva de humedad de la figura 4.10, se puede evidenciar la disminución
considerable de humedad en los primeros 5 días de secado, y a partir del sexto
día se denota una disminución progresiva en el lodo; el día 23 se alcanza una
humedad del 23,81%, y al día 30 se obtiene una humedad óptima de 22,50% para
el proceso posterior de compostaje, la cual está en el rango de 15% - 40% para
condiciones aeróbicas.
Tabla 4.15 Tasas Deshidratación
TASA DE DESHIDRATACIÓN 5 DIAS =
35,83
%
TASA DE DESHIDRATACIÓN 12 DIAS =
50,00
%
TASA DE DESHIDRATACIÓN 19 DIAS =
52,38
%
TASA DE DESHIDRATACIÓN 23 DIAS =
59,52
%
TASA DE DESHIDRATACIÓN 30 DIAS =
60,83
%
Fuente: Modelo del Lecho de Secado; Elaborado por: Autores
68
35
Figura 4.11 Curva de Deshidratación
Curva de Deshidratación
Tasa de deshidratación
% Deshidratación
70,00
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
0
5
10
15
20
25
30
35
Días
Fuente: Tabla 4.12 Tasas Deshidratación; Elaborado por: Autores
En la curva de deshidratación de la figura 4.11, se puede evidenciar la eficiencia
del modelo del lecho con el aumento progresivo de secado del lodo, lográndose
obtener el 60,83 %. Por lo tanto la base seca de lodo necesaria para el proceso
de compostaje se obtiene en 30 días, debido a que el rango de deshidratación del
lodo debe estar entre 60% - 85% para condiciones aeróbicas.
4.4.2.2 Diseño
El diseño de los lechos de secado, se realiza en función de la cantidad de lodo
generado a ser deshidratado y del tiempo en el cual el lodo se seca; se utilizan
los siguientes parámetros:
 Volumen diario de lodos = 3,296 m3
 Volumen mensual de lodos = 98,890 m3
 Tiempo de secado del lodo = 30 días
 Altura de lodo = 0,25 m
Con los parámetros ya citados, se determina las dimensiones del lecho de secado
que son las siguientes:
69
Tabla 4.16 Dimensiones del Lecho de Secado
H de lodo =
0,25
m
Volumen de lodo mensual =
98,89
m3
Área Lecho de Secado =
395,56 m2
Longitud Calculada del Lecho de Secado =
19,88
m
Ladoptada =
19,90
m
Aadoptada =
19,90
m
H grava =
0,30
m
H arena =
0,20
m
H ladrillo =
0,10
m
V lodo =
99,00
m3
Elaborado por: Autores
Con estas dimensiones, el lecho cubre la generación de lodo mensual de la
PTAR-CMQ de 98,89 m3.
Para una mejor operatividad de los lechos de secado se adopta lo siguiente:
Tabla 4.17 Dimensiones de un Lecho de Secado Típico
L=
A=
H lodo=
Volumen de lodo en un
lecho =
Número =
V total =
6,30
6,30
0,25
m
m
m
9,92
m3
10,00
99,23
u
m3
Elaborado por: Autores
Por lo tanto se debe construir 10 lechos de secado de las dimensiones citadas,
cada lecho se debe llenar semanalmente de acuerdo a la generación de lodo
activo de la PTAR-CMQ, de esta manera se puede dar tiempo al proceso de
deshidratación del lodo y posteriormente recogerlo.
A partir del modelo experimental podemos determinar que para un el lecho de
secado típico se obtendrá 456,458 kg de lodo seco el cual se dividirá para las tres
pilas previstas, utilizando en cada pila una cantidad de 152,15 kg.
70
4.4.3
Compostaje
Para la estabilización de los residuos sólidos generados en las Plantas de
Tratamiento de Aguas Residuales se utilizan varios procedimientos; en la PTARCMQ además del diseño del digestor aerobio se propone un sistema de
compostaje.
4.4.3.1 Condiciones iniciales de residuos a compostar
La PTAR-CMQ genera dos tipos de lodos, lodo activo y lodo primario.
 Relación Carbono – Nitrógeno
La relación carbono nitrógeno inicial para el sistema de compostaje es tomado
del lodo activo proveniente del sedimentador secundario en base a análisis de
laboratorio.
Datos:
Carbono: 2.215 mg/l (Tabla 4.8)
Nitrógeno: 480 mg/l (Tabla 4.8)
=
.
(Ec. 4-8)
= ,
En términos generales, una relación C/N inicial de 20 a 30 se considera como
adecuada para iniciar un proceso de compostaje. (Ing. Daniel Sztern, 1999)
71
Tabla 4.18 Relación Carbono - Nitrógeno de Diferentes Materiales
MATERIALES
C/N
Aserrín
400
Podas, tallos
43
Hojas de árboles
41
Estiércol bovino
25
Estiércol porcino
16
Estiércol ovino
35
Lodo activo
4,61
Lodo primario
30
Fuente: (Ing. Daniel Sztern, 1999), (Pilar Román, 2013), (Moreno, 2011)
Elaborado por: Autores
 pH
El rango de pH 6,5 - 7,5, ligeramente ácido o ligeramente alcalino nos asegura
el desarrollo favorable de la gran mayoría de los grupos fisiológicos. (Ing.
Daniel Sztern, 1999)
El pH del lodo generado en el sedimentador secundario es de 7,3 (Tabla 4.10),
el cual se encuentra dentro del rango.
 Humedad
La humedad idónea para una biodegradación con franco predominio de la
respiración aeróbica, se sitúa en el orden del 15 al 40 % (del 45 al 60 %, sí se
puede mantener una buena aireación). (Ing. Daniel Sztern, 1999)
La humedad del lodo que se utiliza para las pilas de compostaje, es del separador
de sólidos que tiene una humedad del 42,21% (Tabla 4.10), y el lodo que se
recolecta del lecho de secado que tiene una humedad del 22,50% (Tabla 4.14).
 Maduración
En esta etapa de compostaje se remueve más del 90% de materia orgánica por
acción de la temperatura. La etapa de maduración se la realiza los últimos 15
días del proceso de compostaje, el cual consiste en dividir cada pila en pilas más
pequeñas. La mezcla y volteo de estas pilas se la realiza una vez por semana por
72
la reducción del volumen, de esta manera aseguramos una completa desinfección
del compost y su calidad final.
4.4.3.2 Diseño de las pilas de compostaje
Se diseñan 3 pilas de compostaje, las mismas que están formadas por los
siguientes materiales como se indican en las siguientes tablas:
Tabla 4.19 PILA 1
MATERIAL
L. Activo
L. Primario
Estiércol Bovino
Estiércol Porcino
Estiércol Ovino
Total
C/N
4,61
30,00
25,00
16,00
35,00
PESO kg
152,15
100,00
50,00
50,00
100,00
452,15
% Material
0,34
0,22
0,11
0,11
0,22
C/N inicial
C/N APORTADO
1,55
6,64
2,76
1,77
7,74
20,46
Elaborado por: Autores
Tabla 4.20 PILA 2
MATERIAL
L. Activo
L. Primario
Estiércol Bovino
Estiércol Porcino
Poda recién cortada
Total
C/N
4,61
30,00
25,00
16,00
43,00
PESO kg
152,15
100,00
100,00
50,00
50,00
452,15
% Material
0,34
0,22
0,22
0,11
0,11
C/N inicial
C/N APORTADO
1,55
6,64
5,53
1,77
4,76
20,24
Elaborado por: Autores
Tabla 4.21 PILA 3
MATERIAL
L. Activo
L. Primario
Estiércol Bovino
Estiércol Porcino
Estiércol Ovino
Poda recién cortada
Hojas de árbol
Aserrín
Total
C/N
4,61
30,00
25,00
16,00
35,00
43,00
41,00
400,00
PESO kg
152,15
100,00
50,00
50,00
50,00
20,00
5,00
20,00
447,15
% Material
0,34
0,22
0,11
0,11
0,11
0,04
0,01
0,04
C/N inicial
C/N APORTADO
1,55
6,64
2,76
1,77
3,87
1,90
0,45
17,69
25,69
Elaborado por: Autores
Según, (Ing. Daniel Sztern, 1999) “Como regla general, tome como altura la
mitad de la base, los que nos permitirá obtener una buena relación
Superficie / Volumen”. De acuerdo con esto se adopta las siguientes medidas
para las pilas de compostaje.
73
Tabla 4.22 Dimensiones para cada Pila de Compostaje
BASE = B =
2,00
m
ALTURA = H =
1,00
m
LONGITUD = L =
2,00
m
VOLUMEN = V =
2,00
m3
AREA BASE = AB =
4,00
m2
Fuente: (Ing. Daniel Sztern, 1999)
Elaborado por: Autores
Figura 4.12 Esquema de una Pila de Compostaje
H
L
B
Elaborado por: Autores
4.4.3.3 Control de compost in situ
El control in situ del sistema de compostaje es de mucha importancia para la
evaluación del proceso, esto se lo realiza cada 2 días a las 9:00 am y los datos se
registran en una hoja de control in situ (Ver Anexo 6), de acuerdo a los siguientes
parámetros:
Tabla 4.23 Parámetros de Control In Situ
PARÁMETRO
Olor
Tamaño de
partícula
PROBLEMA
POSIBLE SOLUCIÓN
Demasiado mojado
Agregar material seco
Necesidad de aire
Volteo de pila en forma homogénea
Agregar materiales con alto contenido de
Exceso de Nitrógeno
carbono
Exceso de Carbono (olor
Agregar material con alto contenido de
amoniaco)
Nitrógeno
Partículas muy grandes >20
Tamizar el material con una criba de 20 x 20
mm
mm
74
Agregar materiales que contengan un pH
< 4,5
alcalino como: poda fresca, cal.
pH
Agregar materiales que contengan un pH
> 8,5
ácido, como hojas secas de árbol o poda seca.
Muy húmedo
Agregar materiales secos
Muy seco
Regar agua
Temperatura
< 35°C
Añadir material a la pila de compostaje
Compost
> 70°C
Aumentar de ventilación a la pila
Humedad
Fuente: (Pilar Román, 2013), (Navarro, sn) ; Elaborado por: Autores
Durante el proceso de compostaje mediante el control operacional planteado se
espera que no se produzca acidificación de la materia orgánica, por lo tanto no hay
la necesidad de colocación de cal para su estabilización.
4.4.3.4 Control de compost en laboratorio
El control en laboratorio del sistema de compostaje se lo puede realizar al día 50
del proceso, la toma de muestra se lo realiza según las condiciones establecidas
por el laboratorio, los parámetros de control son los siguientes:
 Patógenos: Salmonella spp, Escherichia coli, Brucella Abortus,
Parvovirus Bovino, Huevos de áscaris lumbricoides.
 Materia orgánica
 Carbono, Nitrógeno
 Coliformes Fecales
75
CAPÍTULO V
5
GESTIÓN INTEGRAL DE RESIDUOS SÓLIDOS
5.1
ANÁLISIS ACTUAL
Los residuos sólidos generados en la PTAR-CMQ son los siguientes:
El lodo primario generado en el separador de sólidos se entrega esporádicamente
a las personas que solicitan este material, mientras que el lodo generado en el
sedimentador secundario y en el físico químico, pasan al digestor aerobio el cual
no está en funcionamiento y posteriormente descargan al sistema de
alcantarillado. La basura generada en la caseta de operadores es recolectada por
EMASEO los días lunes, miércoles y viernes.
5.2
PROPUESTA DE GESTIÓN
La propuesta de gestión total de los residuos sólidos es la siguiente:
5.2.1
Lechos de Secado
El lodo secado de este proceso tiene una tasa de deshidratación del 35,83%,
dentro de los primeros 5 días de medición, de acuerdo a la tabla y además
contiene una humedad óptima para realizar compostaje.
A los lechos de secado llegan los lodos provenientes del sedimentador
secundario, a través de una bomba sumergible de las siguientes características:
potencia 18,50 kW (25,00 hp), frecuencia 60 Hz, velocidad 1.750 RPM, estos
lodos son deshidratados mediante este sistema y son retirados mensualmente
para su utilización posterior en compostaje.
Este lodo se recolecta de forma manual con palas por parte de los operadores, se
lo traslada en carretillas desde el sitio del lecho hasta el lugar donde se encuentra
el sistema de compostaje.
La limpieza de los lechos de secado se lo realiza cada 4 ciclos de secado de lodo,
es decir cada 4 meses. Los operadores deben llevar un control visual que permita
mantener la funcionalidad del sistema; durante el proceso de secado en la
superficie se visualiza la formación de grietas y con la ayuda de un rastrillo se
puede acelerar el proceso de deshidratación, además deben verificar que las
tuberías de drenaje no se encuentren taponadas.
76
Los lechos de secado deben estar construidos en un terreno situado en puntos
bajos para evitar la propagación de olores desagradables, de fácil acceso y no
muy alejado de la PTAR-CMQ.
El lecho típico está equipado de lo siguiente:
 La estructura del lecho será de bloque de largo 0,40 m, ancho 0,15 m,
espesor 0,20 m, y una capa de enlucido de 0,02 m.
 Tubería de PVC perforada de diámetro 0,15 m (6”), colocadas cada 0,75
m dispuestas con una pendiente del 2% y recubiertas con malla de
zaranda gruesa.
 Capa de grava gruesa de espesor 0,30 m
 Capa de arena de espesor 0,20 m, la misma no debe tener un coeficiente
de uniformidad superior a 4,0 y debe tener un tamaño efectivo de grano
comprendido entre 0,30 y 0,75 mm. (HERRERA, 2003)
 Ladrillos de largo 0,35 m, ancho 0,15 m, espesor 0,10 m, emporados con
arena para facilidad de recolección del lodo y sobre esta capa se coloca
malla fina de zaranda.
 Un borde libre para la retención del lodo de 0,30 m de espesor.
 Un cubierta de tipo vivero para evitar el ingreso de aguas lluvias.
0,1
0,2
0,3
0,90
0,25
0,05
Figura 5.1 Esquema en Corte de un Lecho de Secado Típico para implantación
en la PTAR-CMQ
0,3
0,75
0,75
0,75
0,75
0,75
0,75
0,75
Elaborado por: Autores
Nota: Ver plano adjunto de implantación de Lechos de Secado (Anexo 7)
77
0,75
0,3
El líquido filtrado de los lechos de secado deberá ser recogido y conducido por
medio de mangueras flexibles. Para determinar la disposición final de este
percolado se debe realizar un análisis a fondo que permita conocer las
características físicas, químicas y biológicas del mismo.
Las posibles soluciones que se le podría dar a este líquido son:
 Recirculación a la Planta hacia el tanque de homogenización 2 debido a
que es un líquido filtrado y puede ingresar al proceso, así se puede
conocer cómo puede afectar este percolado en el tratamiento o si no
causaría un mayor efecto en la Planta de Tratamiento de Aguas
Residuales, y que beneficios o que daños podría causar, de esta manera
darle un tratamiento adecuado posterior debido a su contenido de materia
orgánica para su disposición final.
 Construir un sitio de confinamiento dentro de la misma Planta, para su
tratamiento y su posterior disposición final.
 Construir un sitio de confinamiento fuera de la Planta tomando en cuenta
el sitio adecuado para esta disposición final así como también el traslado
de los lodos hasta dicho lugar.
 Entregar el producto a gestores autorizados de residuos no peligrosos del
Distrito Metropolitano de Quito, para que ellos lo manejen de una forma
adecuada.
 De acuerdo a la calidad del líquido filtrado de los lechos de secado estos
se pueden llevar a una incineración posterior en este caso se debe instalar
un equipo de control para evitar la contaminación del aire.
5.2.2
Modelo de compostaje
Tiempo de compostaje
El tiempo esperado para la obtención del compost final es de 60 días, debido a
que el inicio del proceso cumple con las condiciones adecuadas para el correcto
funcionamiento del sistema.
Condiciones del área de compostaje.
Según (Ing. Daniel Sztern, 1999), para la selección adecuada del área donde se
va a llevar a cabo el sistema de compostaje debe cumplir las siguientes
78
condiciones: Área en el punto más alto del terreno, no ubicarse en depresiones
del terreno, presencia del pendiente del 1% al 5% y la impermeabilidad del suelo.
La EMRAQ-EP dispone de un área adecuada para el sistema de compostaje.
En el que se procede a realizar un desbroce del terreno con el fin de eliminar
cualquier elemento que interfiera con la operación del sistema; se realiza una
compactación y nivelación del terreno; para la impermeabilización del área se
coloca una cubierta de tipo invernadero.
Dimensiones del área de compostaje.
Estas dimensiones están en función del tiempo de compostaje y del número de
pilas a construir.
Datos:
Tiempo de compostaje: 60 días
Número de Pilas: 3
Á
Á �
= Á
�
Á
� ú
�
�� =
(Ec. 5-1)
∗
=
En un sistema de compostaje es necesario tener en cuenta un espacio entre las
pilas instaladas para el manejo de las mismas denominados pasillos. Las
dimensiones de estos pasillos están en función del tipo de sistema ya sean
manuales o mecánicos, en este caso serán de tipo manual, por consiguiente las
dimensiones de estos pasillos serán: ancho 2,50 m, largo: 2,00 m
El número de pasillos se calcula en función del número de pilas (Nº pilas -1)
ú
�
=
ú
ú
=
ú
� �
79
∗
°
=
=
−
∗
−
(Ec. 5-2)
(Ec. 5-3)
� � � �
=
�
∗ ∗ ,
=
El área correspondiente para el ultimo pasillo es la mitad del área de base de una
pila, con esta área última nos permite maniobrar la última pila.
�
ú
�
=
� �ú �
�
� �
ú
(Ec. 5-4)
=
=
=
El área total del sistema de compostaje es:
�
�
=
A esta área se debe aumentar un borde libre de 0,50 m alrededor de las 3 pilas,
que sirve para poder ir controlando los parámetros in situ de las pilas.
�
=
2
0,5
Figura 5.2 Esquema en planta del Área de Compostaje
PILA 1
PILA 2
0,5
PILA 3
0,5
2
2,5
2
2,5
2
Elaborado por: Autores
5.2.2.1 Mezcla y volteo
El objetivo principal de la mezcla y volteo es favorecer el proceso aerobio del
sistema y homogenizar el mismo en toda la materia a compostar. La operación
80
0,5
se realiza manualmente con la utilización de palas; además se coloca ramas
cortadas del predio de la EMRAQ-EP para una mayor inclusión de aire, este
proceso se realiza cada tres días y el personal necesario para esta acción es de 2
personas por cada pila, en el tiempo estimado de una hora.
5.2.2.2 Maduración
El diseño de las pilas de maduración es el siguiente:
Datos:




Volumen final de compost:
Volumen final por día: ,
/ í�
Tiempo de retención (TR): 15 días
APM: ,
=
Donde:
�. .
�
(Ec. 5-5)
 V.M. = Volumen de Maduración (m3)
 APM = Área de la pila de maduración (m2)
Calculo:
=
�=
,
�.
�
,
í�
.
∗
día�
= ,
La longitud que ocupan las pilas de maduración es de 2,00 m, por lo que se tienen
4 pilas pequeñas de 0,50 m de largo cada una.
5.2.2.3 Uso del compost
Los usos del compost generado principalmente se lo hará en el sector agrícola y
ambiental, el producto puede ser utilizado de las siguientes formas:
 Fertilizante para incrementar el rendimiento de las cosechas
 Abono de cultivos para mantener o incrementar el contenido de materia
orgánica en el suelo.
81
 Jardinería ya que beneficia en el sembrado y mantenimiento de césped.
 Paisajismo recuperación de taludes mediante el mejoramiento de suelos
especialmente en jardines públicos (parques).
La comercialización del producto se lo puede hacer directamente con la venta a
los moradores del sector ofreciendo un compost de calidad y económico para los
beneficiarios.
82
CAPÍTULO VI
6
ANÁLISIS ECONÓMICO
6.1
ANÁLISIS DE LA PROPUESTA DEL DIGESTOR AEROBIO
El volumen del digestor aerobio tiene la capacidad necesaria para receptar los
lodos generados en la PTAR-CMQ, por lo tanto no requiere de una modificación
en sus dimensiones.
El equipo electromecánico, es decir el aireador no se encuentra en
funcionamiento por lo cual se debe adquirir un equipo nuevo o reparar el que se
encuentra en el sitio.
Realizando una cotización sobre este tipo de aireadores tenemos lo siguiente:
 Reparación del equipo actual: 2.400,00 USD
 Adquisición de un equipo nuevo: 39.682,50 USD
Debido a los precios mencionados, es mejor reparar el equipo actual ya que al
adquirir un nuevo equipo, es necesario la importación del mismo por lo tanto el
precio se elevaría.
6.2
LECHOS DE SECADO
Para la implantación de los lechos de secado tenemos lo siguiente:
Tabla 6.1 Costo de Instalación de los Lechos de Secado
Material
Cantidad Unidad P. UNITARIO
11,91
m3
40,00
Grava
3
10,52
m
40,00
Arena para Lecho
3
1,02
m
15,00
Arena enlucido
265,00
U
0,22
N° Ladrillo
15
U
15,00
Tub. PVC perforada de diámetro 6”
2
39,69
m
5,00
Malla de Zaranda Gruesa
5,00
U
7,50
Cemento
246
U
0,35
N° de Bloques para estructura lecho
2
40
m
15,00
Cubierta tipo Vivero
6,00
u
280,00
Mano de Obra
TOTAL DE COSTO DE INSTALACION DE UN LECHO TIPO
TOTAL DE COSTO DE INSTALACION DE LOS LECHOS
Elaborado por: Autores
Nota: El tiempo estimado de construcción de un lecho será de 14 días.
83
P. TOTAL
476,28
420,63
15,31
58,30
220,50
198,45
37,50
86,02
595,35
1680,00
3.788,34
37.883,39
El costo de implantación de los 10 lechos de secado es de 37.883,39 USD.
Además de la adquisición de 20,0 m de tubería flexible de PVC para llevar el
lodo hacia los lechos en forma práctica, y de dos bombas sumergibles de
características potencia 18,50 kW (25,00 hp), frecuencia 60 Hz, velocidad 1.750
RPM teniendo los siguientes costos:
Tabla 6.2 Costo de Materiales y Equipo y Adicional para los Lechos de Secado
Material
Cantidad Unidad P. UNITARIO
m
4,35
Tubería flexible de PVC 8" 230,00
2,00
u
1.500,00
Bomba sumergible
4,00
u
12,50
Palas
3,00
u
60,00
Carretillas
TOTAL
P. TOTAL
1.000,50
3.000,00
50,00
180,00
4.230,50
Elaborado por: Autores
Nota: para dar continuidad al sistema se debe adquirir dos bombas sumergibles, por
cuestión de mantenimiento o falla.
Obtenemos finalmente que la implantación del sistema de lechos de secado es
de 42.113,89 USD.
A continuación se presenta el costo de operación y mantenimiento de un lecho
de secado.
Tabla 6.3 Costo de Operación Mensual de un Lecho de Secado
Mano de
Cantidad
obra
Operadores
2
Tiempo
Diario
1
Tiempo
Total
60
P.
UNITARIO
2,29
Unidad
horas
P.
TOTAL
137,25
Elaborado por: Autores
Tabla 6.4 Balance económico de Operación de un Lecho de Secado
Insumos
Cantidad Unidad
Kit De Seguridad Industrial, overol,
2,00
botas, casco, guantes, gafas
Materiales
1,00
Palas
1,00
Carretillas
1,00
Rastrillo
TOTAL
P.
P.
UNITARIO TOTAL
u
115,00
230,00
u
u
u
12,50
60,00
5,00
12,50
60,00
5,00
307,50
Elaborado por: Autores
Nota: Este gasto económico se lo realizara una sola vez, hasta la vida útil de los insumos
aproximadamente 3 años y materiales aproximadamente 5 años.
84
Tabla 6.5 Costo de Mantenimiento Cada 4 Meses de un Lecho De Secado
Mano de
Cantidad
obra
Operadores
5
Tiempo
Parcial
2
Tiempo
Total
10
Unidad
horas
P.
UNITARIO
2,29
P.
TOTAL
22,88
Elaborado por: Autores
Tabla 6.6 Balance económico de Mantenimiento de un Lecho de Secado
Insumos
Cantidad Unidad
Kit De Seguridad Industrial, overol,
5,00
botas, casco, guantes, gafas
Materiales
5,00
Palas
5,00
Carretillas
5,00
Rastrillo
TOTAL
P.
P.
UNITARIO TOTAL
u
115,00
575,00
u
u
u
12,50
60,00
5,00
62,50
300,00
25,00
962,50
Elaborado por: Autores
Nota: Este gasto económico se lo realizara una sola vez, hasta la vida útil de los insumos
aproximadamente 3 años y materiales aproximadamente 5 años.
6.3
ANÁLISIS DE LA PRODUCCIÓN DE COMPOST
Con el fin de obtener un beneficio adicional para la EMRAQ-EP, se plantea la
comercialización del compost producido, que se lo obtendrá cada 60 días, a
continuación se detalla el costo mensual de producción:
Tabla 6.7 Balance Económico Total
ACTIVIDAD
Transporte de
Materiales
Conformación y
Operación de la
Pilas
Control de
Parámetros
MANO DE OBRA
TIEMPO
PERSONAL
C. UNITARIO ($)
(Horas)
C. TOTAL ($)
3
5
2,29
34,35
3
4
2,29
27,48
1
1
2,29
2,29
MATERIALES
DESCRIPCION CANTIDAD UNIDAD C. UNITARIO ($)
Pala
2
U
12,5
Aserrín
25
Kg
0,05
Total
Elaborado por: Autores
85
C. TOTAL ($)
25,00
1,25
90,37
El costo total en los 60 días de proceso de compostaje es de 90,37 USD, con una
producción de 1.351,44 kg.
Tabla 6.8 Costo de Compost en el Mercado
Marca
Costo Dólares por kg
0,45
0,30
0,45
0,25
0,35
0,82
0,18
Agrocampo
La Chacra Compost
Biol
Calizas San Antonio
La Colina Abonos
Ecojiwa
Orgánico Plus
Fuente: Supermaxi, Megamaxi; Elaborado por: Autores
Según los costos para el compost en el mercado se establece que el producto
generado por la EMRAQ-EP tendrá un costo de 0,35 centavos el kilogramo.
Tabla 6.9 Utilidad Anual en periodos de cada 2 meses
PERIODO
EGRESO INGRESO
1
167,06
473,00
2
167,06
473,00
3
167,06
473,00
4
167,06
473,00
5
167,06
473,00
6
167,06
473,00
UTILIDAD ANUAL
UTILIDAD
305,94
305,94
305,94
305,94
305,94
305,94
1835,67
Elaborado por: Autores
A continuación se presenta el costo de operación y mantenimiento del sistema
de compostaje.
Tabla 6.10 Operación Mensual del Sistema de Compostaje
Mano de obra Cantidad
Operadores
3
Tiempo
Diario
1
Tiempo
Unidad
Total
45
horas
P.
UNITARIO
2,29
P.
TOTAL
102,94
Elaborado por: Autores
Tabla 6.11 Mantenimiento Mensual del Sistema de Compostaje
Mano de obra Cantidad
Operadores
6
Tiempo
Parcial
1,5
Tiempo
Total
9
Elaborado por: Autores
86
Unidad
horas
P.
P.
UNITARIO TOTAL
2,29
20,59
El costo total de implantación para la gestión de los residuos sólidos en la PTARCMQ es de:
Tabla 6.12 Inversión Inicial para la Gestión de Residuos Sólidos
Digestor Aerobio
2.400,00
Instalación Lechos de Secado
42.113,89
Sistema de Compostaje
542,22
TOTAL
45.056,11
Elaborado por: Autores
El diseño de lechos de secado y del sistema de compostaje tiene una vida útil de
30 años en el siguiente cuadro se observa que al año 24 con los ingresos que se
obtiene de la comercialización del compost producido, se logra la recuperación
de la inversión inicial, a partir del año 25 los ingresos son ganancia neta para la
EMRAQ-EP; cabe recalcar que la propuesta de mejora de la Gestión de Residuos
Sólidos del Camal Metropolitano de Quito más que un beneficio económico
representa un beneficio ambiental para el Distrito Metropolitano de Quito así
como para la población del sector.
Tabla 6.13 Ingresos por año hasta la recuperación de la inversión inicial
1
INVERSION
INICIAL
43.658,45
5
-
9.178,34
10
-
18.356,69
15
-
27.535,03
20
-
36.713,37
24
-
44.056,04
25
-
45.891,71
30
-
55.070,06
PERIODO
INGRESOS
1.835,67
Elaborado por: Autores
El costo total de operación y mantenimiento para la gestión de los residuos
sólidos en la PTAR-CMQ es de:
87
Tabla 6.14 Costo Final de Operación
OPERACIÓN
FRECUENCIA
COSTO
Lechos de secado
MENSUAL
137,25
Sistema de compostaje
MENSUAL
102,94
TOTAL
240,19
Elaborado por: Autores
Tabla 6.15 Costo Final de Mantenimiento
MANTENIMIENTO
Lechos de Secado
Sistema de Compostaje
FRECUENCIA
COSTO
Cuatrimestral
22,88
Mensual
20,59
TOTAL
43,46
Elaborado por: Autores
88
CAPÍTULO VII
7
7.1
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES
 Los lodos generados en las Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales
forman parte del conjunto de residuos sólidos que aún no tienen un
correcto manejo y disposición final, esto se debe a que no existen
estudios suficientes sobre estos residuos en nuestro medio.
 Las unidades operativas donde se realizó el análisis cualitativo y
cuantitativo de los lodos generados son: separador de sólidos, tanque de
homogenización 1, sedimentador secundario, proceso físico químico.
 Los principales residuos sólidos que genera la PTAR-CMQ son: lodo
primario con una cantidad de 1,96 m3/día y lodo activo con una cantidad
de 3,296 m3/día; siendo el segundo casi el doble del lodo primario y a su
vez el más perjudicial, por esta razón se debe dar un tratamiento posterior
para disminuir su agresividad, y aprovecharlo de mejor manera.
 El diseño inicial de la PTAR-CMQ se lo realizó para tratar un caudal de
20 m3/h, pero con base a los estudios de campo se define que en la
actualidad la Planta trabaja con 12 m3/h, esto a su vez disminuye la
generación de lodos y por lo tanto el digestor aerobio tiene la capacidad
de recibir estos lodos y estabilizarlos sin la necesidad de realizar un
redimensionamiento de la unidad.
 Los lodos de la PTAR-CMQ son considerados como no peligrosos en
base a los análisis realizados, tanto en el presente estudio técnico como
en los datos históricos reportados por la EMRAQ-EP.
 El equipo electromecánico que está instalado para la inclusión de aire en
el digestor aerobio en cuanto a inclusión de O2 cumple con las
características necesarias para el proceso, pero al momento dicho equipo
se encuentra defectuoso, lo que no permite que la unidad cumpla el
proceso para el que ha sido diseñado.
 Como alternativa económica y práctica de deshidratación de lodos de la
PTAR-CMQ se plantea el diseño de un sistema de lechos de secado; para
determinar su factibilidad se construyó un modelo a escala experimental,
donde se mide la eficiencia de secado de lodo en el trascurso 30 días.
89
 Las condiciones ambientales del sector donde se encuentra la PTARCMQ ayuda al proceso de deshidratado por medio de lechos de secado
permitiendo obtener una base seca en 30 días para poder dar paso a un
proceso posterior de estabilización.
 En un lecho de secado el lodo se extiende sobre el mismo, formando una
capa, el caso en estudio tiene como espesor máximo de 0,25 m por
seguridad en el diseño final de lecho además de cumplir con su función
de deshidratación.
 El percolado de un lecho de secado debe ser analizado de forma física,
química y biológica de tal manera que se le pueda dar un tratamiento
posterior adecuado al mismo.
 La humedad obtenida del lodo en el modelo de lecho de secado, al día 30
es de 22,50% parámetro que permite que este lodo pueda ser
aprovechado en un proceso posterior de compostaje.
 En un sistema de compostaje la relación C/N es un parámetro
fundamental para dar inicio al proceso; el lodo activo generado en la
PTAR-CMQ tiene una relación C/N de 4,61; este valor es insuficiente
con respecto al rango de inicio de 20 a 30; por lo que es necesario
balancear esta relación, con el aporte de otros materiales aglomerantes
como: lodo primario, estiércol de bovinos, estiércol de porcinos, estiércol
de ovinos, podas, hojas de árboles y un aditivo adicional como es el
aserrín.
 La implementación de un sistema de gestión de residuos sólidos en la
PTAR-CMQ, que consiste en: la deshidratación del lodo generado en la
planta a través de lechos de secado, estabilización mediante el digestor
aerobio y un sistema de compostaje; es una solución técnica factible para
el manejo y disposición final de los mismos, logrando beneficios
ambientales económicos y sociales.
 La cantidad de lodo sedimentable para un óptimo funcionamiento de la
PTAR-CMQ está entre 600 a 800 mg/l, lo cual nos permite determinar el
tiempo y número de purgas diarios que son, 5 purgas de 1 minuto cada 2
horas y media.
 Si la cantidad de lodo sedimentado es mayor a 800 mg/l o menor a 600
mg/l; las purgas serán determinadas en tiempo y frecuencia por el
90
operador de turno bajo la supervisión de personal técnico capacitado,
verificando con la prueba de sedimentabilidad la cantidad de lodo
existente.
 Las purgas nos ayudan para el control de lodo existente en el reactor
biológico, es decir la cantidad de alimento o biomasa que necesitan las
bacterias en el reactor para degradar la materia orgánica y tener un
óptimo funcionamiento de la PTAR-CMQ.
 El compost producido en la propuesta de mejora de la Gestión de
Residuos Sólidos en la PTAR-CMQ se lo puede utilizar en diferentes
espacios y funciones tanto agrícolas como ambientales mejorando las
condiciones de utilización; el beneficio a generar está dirigido a la
población del sector ya que serán los clientes directos de la propuesta.
7.2
RECOMENDACIONES
 Llevar un control de producción de lodo periódico, para tener una
estadística real de generación de lodos, que permite optimizar los nuevos
sistemas a implantarse.
 Se recomienda dar capacitación periódica y actualizada a los operadores
a cargo de la PTAR-CMQ, ya que las condiciones de la planta son
variables, y pueden surgir diversos inconvenientes.
 Dar un mantenimiento periódico a los equipos, para la optimización de
los procesos internos de la Planta, para evitar que las unidades no
cumplen su función y el proceso de tratamiento se altere.
 Para el funcionamiento del digestor aerobio es necesario que el equipo
electromecánico que se utiliza en el mismo sea reparado, ya que la
adquisición de un equipo nuevo representa un valor económico
significativo en comparación a la reparación del existente.
 Se recomienda que los muestreos realizados no sean puntuales, si no
compuestos, ya que las condiciones en el trascurso del día son variables;
lo que al analizar una muestra puntual no representa la situación real de
la PTAR-CMQ.
 Se debe mejorar las condiciones en las que el operador se desenvuelve,
además de brindar un mejor equipamiento de seguridad laboral; así como
91
realizar controles médicos mensuales, ya que se puede contraer diversas
enfermedades por el contacto directo con aguas residuales.
 Es necesario el retiro de materiales externos a la Planta, ya que pueden
afectar a las unidades operativas de la PTAR-CMQ, además implementar
un sitio de almacenamiento adecuado para los químicos que se utilizan.
 Se debe construir y operar los lechos de secado de acuerdo como se
indica en el diseño de los mismos, para el correcto funcionamiento del
sistema, y estos se los pueden construir de manera progresiva de esta
manera la inversión económica no sea tan fuerte.
 El sistema de compostaje se debe llevar un monitoreo periódico con la
ayuda de una hoja de control (Ver ANEXO 6).
 Realizar convenios con otras instituciones para poder comercializar el
compost producido de forma directa, de esta manera asegurar la venta
del producto generado en la EMRAQ-EP.
92
BIBLIOGRAFÍA
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de
2015,
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Ingeniería Química.
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Manual de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento. Guía para el
Manejo, Tratamiento y Disposición de Lodos Residuales de Plantas de
Tratamiento Municipales. México.
7. CURSO TRATAMIENTO DE AGUAS
Tratamiento mediante reactores anaerobios.
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95
ANEXOS
ANEXO 1: AFOROS DIARIOS – HORARIOS SEDIMENTADOR
SECUNDARIO
AFORO SEDIMENTADOR SECUNDARIO
DIAS
MIÉRCOLES
MIÉRCOLES
MIÉRCOLES
MIÉRCOLES
FECHA
HORAS VOLUMEN (l) TIEMPO (s) CAUDAL (l/s)
10/02/2016
10/02/2016
10/02/2016
10/02/2016
7:30
21,00
1,69
12,426
7:30
21,00
1,60
13,125
7:30
21,00
1,80
11,667
7:30
21,00
1,95
10,769
9:30
21,00
2,31
9,091
9:30
21,00
2,44
8,607
9:30
21,00
2,39
8,787
9:30
21,00
2,32
9,052
11:30
21,00
2,39
8,787
11:30
21,00
2,30
9,130
11:30
21,00
2,33
9,013
11:30
21,00
2,34
8,974
13:30
21,00
2,42
8,678
13:30
21,00
2,35
8,936
13:30
21,00
2,23
9,417
13:30
21,00
2,51
8,367
AFORO SEDIMENTADOR SECUNDARIO
DIAS
JUEVES
JUEVES
JUEVES
FECHA
11/02/2016
11/02/2016
11/02/2016
HORAS
VOLUMEN (l)
TIEMPO (s)
CAUDAL (l/s)
7:30
21,00
2,44
8,607
7:30
21,00
2,66
7,895
7:30
21,00
2,48
8,468
7:30
21,00
2,54
8,268
9:30
21,00
2,44
8,607
9:30
21,00
2,59
8,108
9:30
21,00
2,37
8,861
9:30
21,00
2,41
8,714
11:30
21,00
2,38
8,824
96
JUEVES
11/02/2016
11:30
21,00
2,60
8,077
11:30
21,00
2,36
8,898
11:30
21,00
2,52
8,333
13:30
21,00
2,31
9,091
13:30
21,00
2,35
8,936
13:30
21,00
2,39
8,787
13:30
21,00
2,43
8,642
AFORO SEDIMENTADOR SECUNDARIO
DIAS
VIERNES
VIERNES
VIERNES
VIERNES
FECHA
12/02/2016
12/02/2016
12/02/2016
12/02/2016
HORAS VOLUMEN (l)
TIEMPO (s)
CAUDAL (l/s)
7:30
21,00
2,36
8,898
7:30
21,00
2,52
8,333
7:30
21,00
2,36
8,898
7:30
21,00
2,37
8,861
9:30
21,00
2,47
8,502
9:30
21,00
2,48
8,468
9:30
21,00
2,58
8,140
9:30
21,00
2,52
8,333
11:30
21,00
2,35
8,936
11:30
21,00
2,43
8,642
11:30
21,00
2,40
8,750
11:30
21,00
2,44
8,607
13:30
21,00
2,35
8,936
13:30
21,00
2,37
8,861
13:30
21,00
2,30
9,130
13:30
21,00
2,27
9,251
AFORO SEDIMENTADOR SECUNDARIO
DIAS
LUNES
FECHA
15/02/2016
HORAS
VOLUMEN (l)
TIEMPO (s)
CAUDAL (l/s)
7:30
21,00
1,97
10,660
7:30
21,00
2,00
10,500
7:30
21,00
2,03
10,345
7:30
21,00
1,99
10,553
97
LUNES
LUNES
LUNES
15/02/2016
15/02/2016
15/02/2016
9:30
21,00
1,98
10,606
9:30
21,00
2,09
10,048
9:30
21,00
1,88
11,170
9:30
21,00
2,10
10,000
11:30
21,00
1,79
11,732
11:30
21,00
1,87
11,230
11:30
21,00
1,81
11,602
11:30
21,00
1,75
12,000
13:30
21,00
1,73
12,139
13:30
21,00
2,00
10,500
13:30
21,00
1,90
11,053
13:30
21,00
1,80
11,667
AFORO SEDIMENTADOR SECUNDARIO
DIAS
MARTES
MARTES
MARTES
MARTES
FECHA
16/02/2016
16/02/2016
16/02/2016
16/02/2016
HORAS VOLUMEN (l)
TIEMPO (s)
CAUDAL (l/s)
7:30
21,00
2,22
9,459
7:30
21,00
2,28
9,211
7:30
21,00
2,30
9,130
7:30
21,00
2,35
8,936
9:30
21,00
2,44
8,607
9:30
21,00
2,40
8,750
9:30
21,00
2,48
8,468
9:30
21,00
2,47
8,502
11:30
21,00
2,14
9,813
11:30
21,00
2,19
9,589
11:30
21,00
2,04
10,294
11:30
21,00
2,06
10,194
13:30
21,00
2,31
9,091
13:30
21,00
2,30
9,130
13:30
21,00
2,40
8,750
13:30
21,00
2,36
8,898
98
ANEXO 2: AFOROS DIARIOS – HORARIOS FÍSICO QUÍMICO
AFORO FÍSICO QUÍMICO
DIAS
FECHA
HORAS VOLUMEN (l) TIEMPO (s) CAUDAL (l/s)
MIÉRCOLES 10/02/2016
MIÉRCOLES 10/02/2016
MIÉRCOLES 10/02/2016
MIÉRCOLES 10/02/2016
7:30
21,00
1,82
11,538
7:30
21,00
2,03
10,345
7:30
21,00
2,00
10,500
7:30
21,00
1,94
10,825
9:30
21,00
2,29
9,170
9:30
21,00
2,25
9,333
9:30
21,00
2,05
10,244
9:30
21,00
2,01
10,448
11:30
21,00
2,31
9,091
11:30
21,00
2,30
9,130
11:30
21,00
2,40
8,750
11:30
21,00
2,37
8,861
13:30
21,00
2,36
8,898
13:30
21,00
2,36
8,898
13:30
21,00
2,50
8,400
13:30
21,00
2,34
8,974
AFORO FÍSICO QUÍMICO
DIAS
JUEVES
JUEVES
JUEVES
FECHA
11/02/2016
11/02/2016
11/02/2016
HORAS
VOLUMEN (l)
TIEMPO (s)
CAUDAL (l/s)
7:30
21,00
2,61
8,046
7:30
21,00
2,49
8,434
7:30
21,00
2,52
8,333
7:30
21,00
2,43
8,642
9:30
21,00
2,49
8,434
9:30
21,00
2,30
9,130
9:30
21,00
2,30
9,130
9:30
21,00
2,44
8,607
11:30
21,00
2,33
9,013
11:30
21,00
2,30
9,130
11:30
21,00
2,28
9,211
99
JUEVES
11/02/2016
11:30
21,00
2,26
9,292
13:30
21,00
2,21
9,502
13:30
21,00
2,13
9,859
13:30
21,00
2,13
9,859
13:30
21,00
2,00
10,500
AFORO FÍSICO QUÍMICO
DIAS
VIERNES
VIERNES
VIERNES
VIERNES
FECHA
12/02/2016
12/02/2016
12/02/2016
12/02/2016
HORAS VOLUMEN (l) TIEMPO (s) CAUDAL (l/s)
7:30
21,00
2,38
8,824
7:30
21,00
2,40
8,750
7:30
21,00
2,37
8,861
7:30
21,00
2,27
9,251
9:30
21,00
2,27
9,251
9:30
21,00
2,30
9,130
9:30
21,00
2,27
9,251
9:30
21,00
2,31
9,091
11:30
21,00
2,48
8,468
11:30
21,00
2,46
8,537
11:30
21,00
2,45
8,571
11:30
21,00
2,50
8,400
13:30
21,00
2,35
8,936
13:30
21,00
2,41
8,714
13:30
21,00
2,43
8,642
13:30
21,00
2,33
9,013
TIEMPO (s)
CAUDAL (l/s)
AFORO FÍSICO QUÍMICO
DIAS
LUNES
LUNES
FECHA
15/02/2016
15/02/2016
HORAS VOLUMEN (l)
7:30
21,00
2,00
10,500
7:30
21,00
2,15
9,767
7:30
21,00
2,01
10,448
7:30
21,00
2,10
10,000
9:30
21,00
2,04
10,294
9:30
21,00
2,21
9,502
100
LUNES
LUNES
15/02/2016
15/02/2016
9:30
21,00
2,22
9,459
9:30
21,00
2,14
9,813
11:30
21,00
1,86
11,290
11:30
21,00
1,83
11,475
11:30
21,00
1,96
10,714
11:30
21,00
1,88
11,170
13:30
21,00
1,89
11,111
13:30
21,00
2,00
10,500
13:30
21,00
1,95
10,769
13:30
21,00
2,01
10,448
AFORO FÍSICO QUÍMICO
DIAS
MARTES
MARTES
MARTES
MARTES
FECHA
16/02/2016
16/02/2016
16/02/2016
16/02/2016
HORAS VOLUMEN (l)
TIEMPO (s)
CAUDAL (l/s)
7:30
21,00
2,31
9,091
7:30
21,00
2,23
9,417
7:30
21,00
2,23
9,417
7:30
21,00
2,31
9,091
9:30
21,00
2,20
9,545
9:30
21,00
2,17
9,677
9:30
21,00
2,23
9,417
9:30
21,00
2,21
9,502
11:30
21,00
2,16
9,722
11:30
21,00
2,16
9,722
11:30
21,00
2,26
9,292
11:30
21,00
2,20
9,545
13:30
21,00
2,35
8,936
13:30
21,00
2,41
8,714
13:30
21,00
2,43
8,642
13:30
21,00
2,33
9,013
101
ANEXO 3: RESULTADOS DEL LABORATORIO ANAVANLAB CIA. LTDA.
102
103
104
105
106
107
108
109
ANEXO
LTDA.
4: ACREDITACIÓN DEL LABORATORIO ANAVANLAB
110
CIA.
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
ANEXO
5: CERTIFICACIÓN DE
ANAVANLAB CIA. LTDA.
121
RECEPCIÓN DE
MUESTRAS
122
ANEXO 6: HOJA DE CONTROL IN SITU
123
ANEXO 7: PLANO DE IMPLANTACIÓN DE LOS
LECHOS DE SECADO EN LA PTAR – CMQ
124