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Figura 26.1 Factor de multiplicación para pérdida de energía en flujo laminar de lodos
26.4 Producción de Lodos
La cantidad de lodos activados producidos depende del peso de los sólidos del lodo y de su
concentración. La masa de lodo activado producido en el proceso es función de:
-
La cantidad de materia orgánica removida en el proceso
La masa de microorganismos en el sistema
Los sólidos suspendidos biológicamente inertes del afluente al proceso
La perdida de sólidos suspendidos en el efluente
Para cuantificar la producción de lodos activados se utiliza la ecuación 26.10.
 Y (S 0 − S e ) 

 + SS f + SSVNB 10 − 3
Px = Q 
 1 + k d θc 

(26.10)
Donde:
PX = Masa de sólidos totales desechados, kg/d
Q = Caudal de aguas residuales, m3 /d
Y = Coeficiente máximo de producción de biomasa, generalmente entre 0,4 y 0,8
(típico 0,6) kg SSV/kg DBOR o 0,25 a 0,4 kg SSV/kg DQOR.
So = DBO soluble del afluente, mg/l
Se = DBO soluble del efluente, mg/l
θC = Edad de lodos, d
kd = Constante de declinación endógena, generalmente entre 0,004 y 0,0075 d-1
(típico 0,06)
SSf = Sólidos suspendidos fijos del afluente, mg/l
SSVNB = Sólidos suspendidos volátiles no biodegradables del afluente, mg/l
Para usar la ecuación 26.10 se requiere conocer Y, k d . Dichas constantes es mejor
evaluarlas experimentalmente, aunque se pueden conocer a partir de la literatura, además es
necesario valorar los sólidos suspendidos fijos y los sólidos suspendidos volátiles no
biodegradables del afluente. Los primeros son iguales a la diferencia entre los sólidos totales y
los sólidos suspendidos volátiles no biodegradables del afluente. Los primeros son iguales a la
diferencia entre los sólidos totales y los sólidos suspendidos volátiles del afluente; se pueden
suponer iguales a un 20 % a 25 % de los sólidos totales. Para los segundos se supone
generalmente un valor bajo, del orden de 10 mg/l; en muchos cálculos se ignoran porque se
considera que son absorbidos rápidamente sobre la biomasa y fácilmente hidrolizados. En la
figura 26.2. se muestran producciones típicas de lodos en el proceso de lodos activados.
La producción de lodos activados es función de la edad de lodos y de la relación
alimento/microorganismos. A medida que la edad de lodos (θ c ) aumenta y A/M disminuye, la
producción de biomasa (Px) disminuye. El manejo de lodos es caro y, por tanto, los costos
pueden reducirse usando valores altos de θ c o valores bajos de A/M. Sin embargo, hay factores
opuestos como la necesidad de volúmenes de aireación mayores, requisitos adicionales de
oxigeno y la variación del valor óptimo de θc y de A/M para máxima eficiencia del proceso. Los
procesos diseñados para incluir nitrificación del efluente, además de remoción de DBO
carbonácea, operan con edades de lodos prolongadas y relaciones A/M bajas. Prell, en general,
procesos con nitrificación producen menos lodo que los procesos convencionales. Sin embargo,
debe estimarse la componente de lodo por nitrificación, o sea el valor de la constante de
producción de biomasa nitrificante (Y N ), la cual puede superponerse igual a 0,15 kg SS/kg NTK
removido.
La producción de sólidos de un filtro percolador de piedra generalmente oscila entre 0,4 y
0,7 kg SST/kg DBO, mientras que en filtros de medio sintético o de pino californiano puede ser
de 0,8 a 1kg SST/kg DBO. En general, se puede considerar que la producción de lodo, en el
proceso secundario de tratamiento de reactores de película fija o filtros percoladores, es en
promedio de 0,6 a 0,8 kg SST/kg DBOR y en plantas de biodiscos de 0,4 a 0,5 kg SST/kg
DBOR.
La producción de biomasa en una torre biológica se puede calcular por la ecuación 26.11.
(26.11.)
P x = P + SS f − SS e
Donde:
Px = producción de lodos del filtro percolador, kg SST/d
SS f = sólidos suspendido s fijos aplicados al proceso, kg SSF/d
SSe = sólidos suspendido s del efluente,kg SS/d
P = biomasa neta producida, kg SSV/d
En plantas de tratamiento biológico anaerobio, la producción de lodos se puede suponer
igual a un 20 % de la producción de lodo calculada para un proceso aerobio.
En la tablas 26.5. se incluyen valores típicos de cantidades de sólidos per cápita y de
concentraciones de sólidos para diferentes lodos provenientes de diversos tipos de plantas de
tratamiento de aguas residuales.
Figura 26.2 Producción neta de lodo en el tratamiento secundario según θC y la temperatura.
(a) Con tratamiento primario (Y = 0,67; kd = 0,06 d-1 )
(b) Sin tratamiento primario
Tabla 26.5
Cantidades y concentraciones de sólidos en lodos
Tipo de tratamiento y de lodo_____________Sólidos secos g/cd____Contenido de sólidos %
Sedimentación simple
Crudo ,húmedo
Digerido, húmedo
Digerido, secado al aire
54
34
34
2,5-5
10-15
45
Lodos activados
Convencional, húmedo
Primario y convencional, húmedo
Primario digerido y convencional,húmedo
Primario digerido y convencional,secado al aire
Convencional espesado ,húmedo
Convencional espesado digerido, húmedo
31
85
55
55
31
20
0,5-1,5
4-5
6-8
45
1-2
2-3
Filtro percolador de tasa alta
Secundario, húmedo
Primario y secundario, húmedo
Primario y secundario digerido,húmedo
Primario y secundario digerido,secado al aire
20
74
48
48
5
5
10
45
Filtro percolador de tasa estándar
Secundario, húmedo
Primario y secundario, húmedo
Primario y secundario digerido.húmedo
Primario y secundario digerido, secado al aire
13
67
43
43
5-10
3-6
10
45
Precipitación química
Crudo, húmedo
Digerido
90
57
2-5
10
26.5 Métodos de Tratamiento de Lodos
El tratamiento y disposición eficiente de los lodos de una planta de tratamiento de aguas
residuales requiere conocer las características de los sólidos y del lodo por procesar, así como la
aptitud de los diferentes sistemas de procesamiento y la facilidad de acceso a las diferentes
opciones de disposición final. En las figuras 26.3 y 26.4 se resumen las opciones principales para
el tratamiento y disposición de lodos, mientras que en la 26.5. se describe la función principal de
los procesos de tratamiento de lodos. En la tabla 26.6 se incluye la distribución de métodos de
manejo de lodos en los Estados Unidos para el periodo 1976-1981.
Lodo crudo
Desarenado
Concentración
Sedimentación
Espesadores mecánicos
Flotación
Centrifugación
Aerobia
Digestión
Anaerobia
Oxidación húmeda
Químico
Acondicionamiento
Desecación
Calor
Congelamiento
Filtros prensa
Filtros al vacío
Centrifugación
Rejillas vibratorias
Secado
Lechos de secado
Calor
Otros
Incinerador de horno múltiple
Incineración
Secado instantáneo
Incinerador de lecho fluido
Aplicación sobre el suelo
Incineración
Disposición
Relleno sanitario
Lagunas
En el mar
Figura 26.3 Procesos principales de tratamiento y disposición de lodos
Filtro al vacío
Filtro de banda
Relleno
Sanitario
Por gravedad
Digestión
aerobia
Filtros de
presión
Incineración
Sobre el
suelo
Lodo del
sistema de
tratamiento
de agua
Lagunas
Centrifugas
Por flotación
Digestión
anaerobia
Lechos de
secado
Lagunas
Figura 26.4 Procesos de tratamiento de lodos
Pirólisis
Océano