TRATAMIENTO DE FANGOS, TÉCNICAS DE...

TRATAMIENTO DE FANGOS, TÉCNICAS DE ESPESAMIENTO YTÉCNICAS DE ESPESAMIENTO Y

ESTABILIZACIÓN

ANA MARTA LASHERAS

Criterios de estabilización e higienización de fangos de EDAR

INTRODUCCIÓN


INTRODUCCIÓN

OBJETIVOS DE LOS SISTEMAS DE TRATAMIENTO

Ó ÍBIOLÓGICOS Y QUÍMICOS

• Estabilizar el fango:Estabilizar el fango:

– Eliminar olores desagradables

– Eliminar el potencial de putrefacción

– Reducir materia

• Reducir la presencia de patógenos

• Mejorar la deshidratabilidad del fango


HIGIENIZACIÓN

PROCESOS DE REDUCCIÓN DE PATÓGENOS

U.S. EPA

PSRPs que producen Fangos Clase B

Digestión aerobia y anaerobia secado al aire compostaje y estabilizaciónDigestión aerobia y anaerobia, secado al aire, compostaje y estabilización con cal

PFPRs que producen Fangos Clase A

Compostaje, secado térmico, tratamiento térmico, digestión aerobia termófila, irradiación beta, irradiación gama y pasteurización

Procesos condicionados a las condiciones de operación para la eliminación de patógenos


ESTABILIDAD

¿Para qué estabilizar?

El objetivo de esta estabilidad está relacionado con el concepto de d ó d ó d

U.S. EPA

reducción de atracción de vectores. (Vector Attraction Reduction: VAR).

Dos formas de reducir vectores:Dos formas de reducir vectores:

• Procesos biológicos o químicos• Poniendo barreras entre fango y vectores• Poniendo barreras entre fango y vectores

Peligrosidad de un fango: Contagios


ESTABILIDAD

Métodos reducción atracción de vectores (U S EPA)

1.‐ Reducción < 38 % en el proceso de tratamiento

Métodos reducción atracción de vectores (U.S. EPA)

2.‐ Eliminación adicional de SV < 17% en ensayo posterior de estabilidad anaerobio3.‐ Eliminación adicional de SV < 15% en ensayo posterior de estabilidad aerobio4.‐ SOUR≤1,5 mg O2/ hora y g ST5 T i bi 14 dí 40 ºC d di 45ºC5.‐ Tratamiento aerobio > 14 días < 40 ºC y de media 45ºC6.‐ Adición álcali (pH > 12 durante 2 h)7.‐ ST>75 % (tratado parcialmente)8 ST>90 % (sin tratar)8.‐ ST>90 % (sin tratar)9.‐ Inyección del fango10.‐ Volteo del fango con el terreno11 Cubrir el fango con otro material11.‐ Cubrir el fango con otro material12.‐ Si fango sin tratar de fosas sépticas (pH > 12 durante 30 min)

ESPESAMIENTO DE ESPESAMIENTO

OBJETIVOS

El objetivo de los espesadores es separar las dos fases (sólido yagua) de forma efectiva, aumentando las concentraciones desólidos, de manera que los volúmenes sean menores; así, si de un1% de concentración se consigue un 5 %, se habrá reducido 5 veces lag ,cantidad de fango a procesar.

SISTEMAS DE ESPESAMIENTOESPESAMIENTO DE ESPESAMIENTO

OBJETIVOS

Compatibilizar línea de agua y línea de fango

Volumen tratamiento € inversión y O&M

(transporte: 8 €/m3; si 2 % 400 €/Tn MS y si 6 % 133 €/Tn MS)(transporte: 8 €/m ; si 2 % 400 €/Tn MS y si 6 % 133 €/Tn MS)Volumen Concentración

fango VS rendimiento del tratamiento posterior

Posibilidad de almacenamiento y transporte.R ti d d i tRetirada de arenas e inertes.Retirada por arrastre de gases en solución.Retorno de clarificadoRetorno de clarificado.


EVALUACIÓN DE PROCESOS DE ESPESAMIENTO

Estudio piloto para evaluar (especialmente para fangos primarios)

comportamiento del fango a espesar€ inversión y O&M(especialmente para fangos primarios) € inversión y O&M

Las principales variables del proceso son:ST y Q influenteST y SST del clarificadoST y Q efluente espesadoD d t d ti i l dDemanda y costos de reactivos si son empleados


SISTEMAS DE ESPESAMIENTO

Espesamiento por gravedadC iEspesamiento por flotación Continuos

Espesamiento mecánicoEspesamiento mecánicoCentrífugas espesadorasTambores rotativos

DiscontinuosTambores rotativosMesas espesadoras


IMPACTO RETORNOS “CLARIFICADOS” ESPESADORES

EDAR < 10.000 Hb eq /día Gestión externa del fango

IMPACTO RETORNOS CLARIFICADOS ESPESADORES

DQO del retorno <15.000 mg/l

Purga discontinua 200% carga horariag % gPurga continua 20% carga diaria

EDAR < 100.000 Hb eq /día Línea de tratamiento lodos en EDARDQO del retorno <5.000 mg/l

Los retornos de la línea de fangos pueden suponer hasta un 20%

Purga continua 20% carga diaria

Los retornos de la línea de fangos pueden suponer hasta un 20%de la carga total de la EDAR


ESPESAMIENTO POR GRAVEDAD

Consideraciones básicas de diseño

Alt í i d 3 5 (lá i )Altura mínima de 3,5 m (lámina agua)Zona espesado al menos igual a la de

clarificadoTiempo retención hidráulico < 24

horasTi t ió ólid 2 3 díTiempo retención sólidos < 2-3 díasDiámetro suficiente

Diseño de tuberías de transporte de fangos:Velocidad mínima : 0,8 m/sDiámetro mínimo : 50 mm



ELEMENTOS DE ESPESADORES DINÁMICOSELEMENTOS DE ESPESADORES DINÁMICOS



Principales problemas de explotación

Formación de costras que dificulten el stripping de los gases formados

Aparición de flotantes que hacen retornar puntas de carga a la línea de agua (especialmente a altas temperaturas)de agua (especialmente a altas temperaturas)

Deficiente concentración del fango espesado (fermentaciones en el decantador primario)

Empeoramiento calidad rebose (fermentaciones y sobrecargas)Empeoramiento calidad rebose (fermentaciones y sobrecargas)


ESPESAMIENTO POR FLOTACIÓN

La separación de partículas sólidas de la fase acuosa se produce en la parteLa separación de partículas sólidas de la fase acuosa se produce en la partesuperior.

Las finas burbujas se adhieren o absorben sobre los sólidos que son arrastrados aLas finas burbujas se adhieren o absorben sobre los sólidos que son arrastrados a la superficie a una velocidad suficiente. La densidad de las nuevas estructuras particuladas pasa a ser inferior a la del líquido.



DAF



EJEMPLO TANQUE FLOTACIÓN CIRCULAREJEMPLO TANQUE FLOTACIÓN CIRCULAR



Principales problemas de explotación

Capa fina de fango flotado

Poco aire disuelto

Sólidos en el efluente muy altos

Desajuste en rasquetas y nivel de aguaDesajuste en rasquetas y nivel de agua


CENTRÍFUGAS


CENTRIFUGACIÓN

F t í t 500*F d d

Fangos biológicos

Fuerza centrípeta < 500*Fuerza gravedad

g g

Concentración del fango espesado: 4 – 8 %

No siembre necesidad de polímero: 1 – 3 kg/Tm SSp g/

Consumo energético: 800 – 1500 wh/m3 fango

Sensible a cambios en las características del fangoSensible a cambios en las características del fango

Muy compacta


TAMBORES ROTATIVOS


TAMBORES ROTATIVOS

El b i l l filEl tambor constituye el elemento filtrante quepermite la separación del agua y del flóculo

Fangos biológicos

Concentración del fango espesado: 4 – 8 %g p

Elevada necesidad de polímero: 8 ‐ 50 kg/Tm SS

Velocidad de giro del tambor 5‐20 rpmVelocidad de giro del tambor 5 20 rpm

Elevado grado de atención

Bajo costo inversión, elevado de operaciónBajo costo inversión, elevado de operación

ESPESAMIENTO DE ESPESAMIENTO

MESAS ESPESADORAS

L i i d fil lLa cinta permite drenar y filtrar para separar losflóculos del agua

Para fangos biológicos y digeridos

Concentración alcanzada:

5 – 8 % fangos biológicos5 8 % fangos biológicos

10% fangos digeridos

Polielectrolito (5 kg/Tm SS )

Operación en continuo

Velocidad de la cinta

ESTABILIZACIÓN

PROCESOS ESTABILIZACIÓN

• Biológicog

Anaerobio

Aerobio

• Químico

DIGESTIÓN ANAEROBIA

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO

Proceso biológico que permite una degradación de la materia orgánica por medio de una fermentación bacteriana productora dede una fermentación bacteriana productora de metano, en un recinto cerrado y en ausencia de airede aire.


Fases:


Materia orgánica particulada degradable (Xs)Proteinas Carbohidratos Lípidos .

Fases:HidrólisisFase ácida

¿Pretratamiento?

Aminoácidos (Saa), Azúcares (Ssu) Acídos grasos de cadena larga (Sfa)

DQO inerte soluble (Sin)2- Hidrólisis

Metanogénesis

Paso limitante: Hidrólisis

Propionato (Spro)Fermentación de

3- azúcares4- aminoácidos

5- Oxidación anaerobiade Sfa

6- Oxidación anaerobia de Spro

Relación tiempo de retención‐rendimiento

Metanogénesis

40

50

60

(%)

Acetato (Sac) Hidrógeno (SH2)

Metanogénesis

40

50

60

(%)

10

20

30

40

Ren

dim

ient

o

Metano (SCH4)

7- Metanogénesis acetoclasta 8- Metanogénesis hidrogenófila

10

20

30

40

Ren

dim

ient

o

0

10

0 5 10 15 20 25 30 35HRT (d)

0

10

0 5 10 15 20 25 30 35HRT (d)



Ó Á

7 g DQO

CRECIMIENTO DE BIOMASA Y PRODUCCIÓN DE BIOGÁS

7 g. DQO Biomasa

100 g. DQO

CHCH4CO2 + Agua

DQO eliminada: 93 g DQO


PRODUCCIÓN Y COMPOSICIÓN DE BIOGÁS

Composición: 55 75 %M t 55 75 %M tComposición:

25 – 45 %CO2

55 – 75 %Metano

25 – 45 %CO2

55 – 75 %Metano

2 – 6 %Nitrógeno

0,01 – 1 %SH2

2 – 6 %Nitrógeno

0,01 – 1 %SH2

0,1 – 2 %Hidrógeno

2 6 %Nitrógeno

0,1 – 2 %Hidrógeno

2 6 %Nitrógeno

Producción: 750 – 1100 l biogás/kg SV destruido0.35 l Metano/g DQO eliminado

Poder calorífico: 5000 – 6000 Kcal/m3 biogas


TEMPERATURA Y TIEMPO DE DIGESTIÓN


FACTORES QUE AFECTAN EL PROCESO

• Alimentación del digestor

T t d l• Temperatura del proceso

• Tiempo de digestiónp g

• pH

El ó i• Elementos tóxicos

• Agitación y mezclag y


TEMPERATURA Y METANOGÉNESIS

íPolímeros

Monómeros

Polímeros

Monómeros

Polímeros

Ácidos grasos, alcoholes, lactato, succinato, ...

Ácidos grasos, alcoholes, lactato, succinato, ...

H2, CO2, HCOO‐, CH3‐R

AcetatoH2, CO2, HCOO‐,

CH3‐RAcetato

CH4, CO2CH4, CO2

MESÓFILO TERMÓFILO


COMPARACIÓN MESÓFILO ‐ TERMÓFILO

•Eliminación de materia orgánica similar en el mesófilo y termófilo Cinética termófila superiormesófilo y termófilo. Cinética termófila superior.

•Mayor DQO filtrada en termófilo que en el ófil M l bili ió f t d lmesófilo. Mayor solubilización por efecto de la

temperatura.

•Mayor concentración de materia coloidal.

•Misma producción de biogás por gr de materia•Misma producción de biogás por gr. de materia orgánica eliminada en todos los casos.


TIPOS DE DIGESTORES

• BAJA CARGA

• ALTA CARGA

• CONTACTO ANAERÓBICO

• SEPARACIÓN DE FASES


ALMACENAMIENTO DEL BIOGÁS


VENTAJAS INCONVENIENTES

• Buen porcentaje de eliminación de SV.

• Alto coste de inversión.

• Muy sensible a los cambios• Reduce la masa final del

fango.

Muy sensible a los cambios bruscos.

• Sobrenadante con alta carga • Buena reducción de

patógenos.

gde nitrógeno, SS, DBO y DQO.

• Fango final rico en nutrientes.

• Problemas de seguridad (gas inflamable).

• Absorbe puntas.

• Gas metano.

DIGESTIÓN AEROBIA


Proceso biológico que se basa en la oxidación de materia orgánica por acción de microorganismos en presencia de oxígeno. Semicroorganismos en presencia de oxígeno. Se trata de un proceso exotérmico.

DIGESTIÓN AEROBIA

PRODUCCIÓN DE BIOMASA Y CALOR

67 g. DQO Biomasa

100 g DQO100 g. DQO

CalorCO2 + Agua

DQO eliminada: 33 g DQO

13.7 MJ/kg O2 consumido

DIGESTIÓN AEROBIA

DIGESTIÓN AEROBIA TERMÓFILA AUTOSOSTENIDA (ATAD)

Temperatura > 55ºC

DIGESTIÓN AEROBIA


• Mayores cinéticas biológicas (3 a 10 veces superior)• Mayores cinéticas biológicas (3 a 10 veces superior)

• Menores producciones netas de fango

• Solubilización térmica de parte del fango biológico

• pH cercano a 8

• Elevadas concentraciones de amonio/amoniaco

• Características del sobrenadante:• Características del sobrenadante:– Color oscuro

Olor amoniacal– Olor amoniacal

– Resistencia a la filtración

Mayor contenido de materia orgánica: Soluble y coloidal– Mayor contenido de materia orgánica: Soluble y coloidal

DIGESTIÓN AEROBIA


Di i ió d l ió d l di t• División de la operación del digestor– Fase de descarga de fango.

– Fase de carga de fango.

– Fase de calentamiento: HigienizaciónFase de calentamiento: Higienización

DIGESTIÓN AEROBIA


C l d

Calorperdido por

Calor perdido através de

Calor generadopor los equipos de

aireación ymezclantocalentamie de fase

caloreliminada DQObio Δt

Y·MPot =MJ∙kg O2

p pevaporaciónparedes

Calorperdido con

FASEGASEOSA

∑= 100η

·PotPot mconsumidami

Á

Producción deCalor Biológico

perdido conlos gasesde salida

Área)T(TKPot ambienteliqwewe ⋅−⋅=

vapvaporve ΔHQPot ⋅=

Flujo de calor

FASELÍQUIDA

pp

( )salida gasesentrada aireaireaciónairege TTQCpPot −⋅⋅=

debido a laentrada de aire

DIGESTIÓN AEROBIA


d óDos escenarios de operación:

• Limitación de Sustrato S t t Otac ó de Sust ato– Alto rendimiento

Ú i t t i t

Sustrato O2

– Único tratamiento

• Limitación de OxígenoBacterias

Heterótrofas

– Bajo rendimiento

– Sistema dual (ATAD + DAM)CO2 Calor

Sistema dual (ATAD + DAM)

BHOS

H XKS

SSK

S⋅⋅= μρ2 BH

OXIOSSH KSSK ++

μρ2

DIGESTIÓN AEROBIA


Limitación de sustrato

65 20

• Higienización

Al d bili ió

61

63

18

19

• Alto grado estabilización

• Alto rendimiento

57

59

ºC

16

17

% O

2 • Menor DQO filtrada

• Menor problemática de olores

55

57

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28

Tiempo (h)

15

16

• TRH mínimo 10 a 15 días

• TRH función de concentración y Tiempo (h)

Temperatura % O2 gas salida aireación

• Una o varias etapas

DIGESTIÓN AEROBIA


Limitación de oxígeno

• Higienización

• Bajo grado estabilización

• Bajo rendimientoj

• Alta DQO filtrada. AGVs

• Problemática de oloresProblemática de olores

• TRH mínimo 3 o 4 días para autotermo

• TRH menores con precalentamiento del fango

• Sistema dual

DIGESTIÓN AEROBIA


Sistema patentado Fuchs

DIGESTIÓN AEROBIA


Número de reactores ATAD Dos o más en serie, mismo volumen, operando en batch diario

Diseño de los reactores Cilíndricos, relación Altura/diámetro 0.5 - 1

Rango de ST en fango alimentación 40 – 60 g·L-1

SSV necesario ≥ 25 g·L-1

Tiempo de Retención Hidráulico 5-6 días

Mínimo tiempo de reacción 20 horas por etapa

Temperatura y pH Reactor I: 35 – 50 y pH≥7.2

Reactor II: 50 – 65 ºC y pH=8.0

Aireación 4 m3·h-1·m-3reactor

Potencia específica 85 – 100 W·m-3reactorp reactor

Energía 9 – 15 kWh·m-3fango tratado

Calor potencial del fango 20 – 30 kWh·m-3fango tratado

Sistema patentado Fuchs

DIGESTIÓN AEROBIA


DIGESTIÓN AEROBIA


• Buen porcentaje de eliminación de SV.

• Menor coste de inversión.

• Muy sensible a los cambios• Reduce la masa final del

fango.

Muy sensible a los cambios bruscos.

• Sobrenadante con alta carga • Buena reducción de

patógenos.

gde nitrógeno, SS, DBO y DQO.

• Fango final rico en nutrientes.

• Absorbe puntas.

• Producción de energía en f d lforma de calor.

ESTABILIZACIÓN QUÍMICA

¿BASES DEL PROCESO?

Oxidación de la MOOxidantes fuertesOxidantes fuertes

M difi ió d l HModificación del pHÁcidos o bases fuertes (Cal)

Aumento del pH (12) durante tiempo de p ( ) pcontacto suficiente (2h).


PRE‐ESTABILIZACIÓN

– Tipo de fango: líquido– Reactivo: Hidróxido cálcico– Parámetros de la reacción:

• pH = 12,5p ,• Tiempo de contacto = 2 horas• Tiempo de maduración = 24 horas

– Dosis a emplear• 10% sobre total materia seca

– Duración en el tiempo muy limitada


POST‐ESTABILIZACIÓN

– Tipo de fango: deshidratado– Reactivo: óxido de calcio– Reacción fuertemente exotérmica– Parámetros de la reacción:Parámetros de la reacción:

• pH = 12,5• Tiempo de contacto = 2 horasTiempo de contacto 2 horas• Temperatura de reacción = 55 ºC

– Dosis a emplearDosis a emplear• 0,28 Kg CaO/Kg sólidos

– Desinfección eficazDesinfección eficaz


EQUIPOS ESTABILIZACIÓN CON CAL



• Pequeñas plantas.

• Bajos costes inversión

• No destrucción de la materia orgánica• Bajos costes inversión.

• Aumento sequedad.

materia orgánica.

• Necesario asegurar pH alcanzado• Buena eliminación de

patógenos.

alcanzado.

• Incremento de la id d d l f• Sencilla operación.

• Empleo fango al suelo

cantidad del fango.

• Almacenamiento.Empleo fango al suelo.• Pérdida de nutrientes.

ÉTRATAMIENTO DE FANGOS, TÉCNICAS DE ESPESAMIENTO Y ESTABILIZACIÓN

ANA MARTA LASHERAS

TRATAMIENTO DE FANGOS, TÉCNICAS DE...

Documents

Transcript of TRATAMIENTO DE FANGOS, TÉCNICAS DE...