Biosólidos. Pretratamientos. Pretratamientos. Tratamiento secundario : Biológico. digestión. 6. Pretratamientos de biosólidos.

Transcripción

1 Biosólidos lidos, digestión anaerobia, Pretratamientos Biosólidos lidos, digestión anaerobia, Pretratamientos 1. Las aguas servidas. Tratamiento en España 2. Microbiología de los procesos biológicos. Lodos activados. Generación de biosólidos 4. Digestión anaerobia. Generación de biogás 5. Alternativas de digestión anaerobia y co-digesti digestión 6. Pretratamientos de biosólidos 7. Pretratamiento térmico. Lodos activados. Generación de biosólidos.1. Descripción del proceso.2. Parámetros de diseño y operación.. Lodo secundario: generación.4. Gestión del lodo secundario Biosólidos lidos, digestión anaerobia, Pretratamientos. Lodos activados. Generación de biosólidos.1. Descripción del proceso.2. Parámetros de diseño y operación.. Lodo secundario: generación.4. Gestión del lodo secundario Tratamiento secundario : Biológico Mediante microorganismos (biomasa) Contaminación n del agua constituye el sustrato o alimento Fenómenos en cauces receptores. Autodepuración Reactor biológico intensificación n del fenómeno Contaminantes susceptibles de eliminación h SSV y SS inorgánicos nicos h Materia orgánica biodegradable h Nitrógeno (N-NH NH 4, N org., N-NON NO ) h Fósforo (P-PO PO 4, P org.) Clasificación n general de procesos biológicos DESCRIPCIÓN N DEL PROCESO - RESUMEN h Biomasa en suspensión: n: lagunas aireadas, fangos activos h Biomasa adherida a soporte: filtros percoladores, biodiscos, biofiltros 1

2 DESCRIPCIÓN N DEL PROCESO Proceso de Lodos Activados Lodos activados: es el tratamiento más m s ampliamente empleado en el tratamiento secundario de las aguas residuales urbanas. Fundamento: Se pone en contacto el AR con biomasa activa en suspensión n en medio aerobio. PROCESOS BIOLÓGICOS AEROBIOS: Reacciones de degradación y síntesis celular Materia Orgánica + Nutrientes + Microorganismos + Energía DESCRIPCIÓN N DEL PROCESO Bacterias heterótrofas Nuevos microorganismos Materia Orgánica CO 2 + H 2 O Aporte O 2 : aire u oxígeno puro N org NH 4 + Bacterias autótrofas (nitrosomas, nitrobacter) NH O 2 NO O 2 Nitrosomas Nitrobacter NO 2 - NO - PROCESOS AEROBIOS. FANGOS ACTIVOS EL PROCESO DE FANGOS ACTIVOS AEROBIO BIOMASA EN SUSPENSIÓN FANGOS ACTIVOS Q O S O MO + O 2 + X CO 2 + H 2 O + NUEVOS X 1. BALSA DE AIREACIÓN CO 2 2. SEDIMENTADOR V S X O 2 Q e S e X e Q R X R QW X W. RECIRCULACIÓN 4. PURGA influente BOD donantes orgánicos de e - 1. TANQUE DE AIREACIÓN O 2. RECIRCULACIÓN 2. TANQUE DE SEDIMENTACIÓN efluente 4. PURGA crecimiento en suspensión (aireación o medios mecánicos) formación de flóculos = FANGO ACTIVO 2

3 CARACTERÍSTICAS DE LOS FANGOS ACTIVOS FANGOS ACTIVOS: BALSA DE AIREACIÓN ECOLOGÍA Balsa de aireación gran variedad gran competencia por las fuentes de E unión en flóculos (polímeros o F electrostáticas) SEDIMENTACIÓN bacterias heterótrofas protozoos crustáceos, nematodos, rotíferos, multicelulares células/l indicador del del funcionamiento (microscopio de de baja potencia) buen fango protozoos ciliados (se (se adhieren al al flóculo con un un pie) su su papel en en el el proceso no no resulta relevante indican elevados SRT FANGOS ACTIVOS: BALSA DE AIREACIÓN FANGOS ACTIVOS: BALSA DE AIREACIÓN CONFIGURACIONES SEGÚN DISTRIBUCIÓN DE O 2 CONFIGURACIONES SEGÚN DISTRIBUCIÓN DE O 2 Aireación n con Difusores: dispersión n aire/o 2 q se inyecta en el fondo del tanque

4 FANGOS ACTIVOS: DECANTADOR SECUNDARIO Decantador secundario ANÁLISIS DE LA SEDIMENTACIÓN FANGOS ACTIVOS: DECANTADOR SECUNDARIO OBJETIVOS: 1. Producir un efluente estable, clarificado, bajo contenido en DBO y SS 2. Recuperar el lodo biológico para devolverlo al tanque de aireación FANGO bacterias 70-80% agua diferencia de densidad 1.5 g/l alta velocidad Velocidad límite de sedimentación (m/d) g Δρ d 2 νs (m/d) = s/d 18μ d=0.4 mm 12 m/d d=1.0 mm 70 m/d FA bien floculado mm ν (m/d) sedimentación obstaculizada X (kg/m ) compresión EQUIPO ALIMENTACIÓN ZONA DE DE REPOSO.. SALIDA DE DE EFLUENTE RECOGIDA DE DE FANGOS FANGOS ACTIVOS: DECANTADOR SECUNDARIO disipa la Ec de la corriente de alimentación y permite la floculación FANGOS ACTIVOS: DECANTADOR SECUNDARIO EQUIPO ALIMENTACIÓN ZONA DE DE REPOSO.. SALIDA DE DE EFLUENTE RECOGIDA DE DE FANGOS dimensionado adecuado INFLUENT EFFLUENT PERIFÉRICA CENTRAL INFLUENT EFFLUENT EFLUENTE CLARIFICADO FANGO ESPESADO 4

5 FANGOS ACTIVOS: DECANTADOR SECUNDARIO EQUIPO ALIMENTACIÓN ZONA DE DE REPOSO.. SALIDA DE DE EFLUENTE RECOGIDA DE DE FANGOS EQUIPO ALIMENTACIÓN ZONA DE DE REPOSO.. SALIDA DE DE EFLUENTE RECOGIDA DE DE FANGOS FANGOS ACTIVOS: DECANTADOR SECUNDARIO SISTEMA HIDRÁULICO barredera con agujeros que por diferencia de presión evacua el fango del fondo fango muy bien sedimentado fango bien sedimentado fango apelmazado hasta mg/l a mg/l 000 a 6000 mg/l FANGOS ACTIVOS: DECANTADOR SECUNDARIO EQUIPO SEDIMENTADOR LAMELAR Biosólidos lidos, digestión anaerobia, Pretratamientos. Lodos activados. Generación de biosólidos.1. Descripción del proceso.2. Parámetros de diseño y operación.. Lodo secundario: generación.4. Gestión del lodo secundario 5

6 Rendimiento de depuración Oxígeno disuelto Necesidad de aireación Carga volumétrica Carga másicam Índice volumétrico del fango Tasa de crecimiento celular Exceso de lodo Edad del lodo Tiempo hidráulico de residencia Obtención Rendimiento de depuración (%) DQO salida de las balsas Analítica al efluente de la balsa, en el laboratorio de fábrica Rendimiento de eliminación de DQO Cálculo: ( DQOentrada en la balsa DQOsalida de la balsa Rendimiento = ) 100 DQO entrada en la balsa (disminución del rendimiento) Rendimiento de eliminación > 80% (disminución del rendimiento) Verificar y corregir la causa del descenso del rendimiento (toxicidad, descenso de la temperatura, ) Medida Oxígeno disuelto (O.D.) (mg O 2 /L) Cantidad de oxígeno que se encuentra disuelto en la balsa de aireación Introducción en la balsa de un medidor de O 2 disuelto En las balsas de aireación: 1-2 ppm Defecto de O.D. impide la depuración y conduce a bulking (bacterias filamentosas) Exceso de O.D. gasto innecesario Si hay defecto de O.D. aumentar la aireación Si hay exceso de O.D. disminuir la aireación Necesidad de aireación (kg O 2 necesario/tiempo) Cantidad de oxígeno que se precisa para realizar la digestión aerobia en la balsa Kg = O2 R consumo de oxígeno Obtención O R = Q ( S ) O O S m d Q = caudal d Kg ( ) = DQO SO S DQO eliminada m Conocer la cantidad de O 2 que proporciona el aireador que se tiene instalado (normalmente 1 kwh 1 kg O 2 ). Conocida la necesidad de O 2 se adecuará la operación de los aireadores (velocidad de giro, profundidad, ) Consultar con el proveedor (eficacia del equipo) 6

7 Obtención Carga volumétrica del fango (CV) (kg DQO entrada-balsa/m.d) Relaciona la cantidad de DQO alimentada a la balsa con el volumen de aireación Q (m /d) x DQOentrada Cálculo: CV (OLR) = Vbalsa (m ) Valor típico: 0,-0,8 kg DQO /m.d (kg/m ) Si resulta demasiado baja aumentar la alimentación y/o disminuir el volumen de aireación (si posible) Si resulta demasiado alta disminuir la alimentación balsa Obtención Carga másica del fango (CM) (kg DQO entrada-balsa/kg SSV.d) Relaciona la cantidad de DQO alimentada a la balsa en un día con la cantidad de lodo activado existente en la misma Q (m /d) x DQOentrada balsa (kg/m ) Cálculo: CM (F/M) = X (kg/m ) Vbalsa (m ) kg BOD o COD/d F Qº Sº = M VX kg MLSS Valor típico: 0,1-0, kg DQO /kg SSV.d Índice volumétrico del fango (IVF) (ml/g) Tasa de crecimiento celular (Y) (kg SSV generado /kg DQO eliminada) Relación entre el volumen que ocupa el fango biológico y el peso correspondiente Cantidad de lodo aerobio que se genera por unidad de DQO eliminada. Valor teórico: Y teórico = 0,4 kg SSV/kg DQO eliminada Valor real: Y real = 0,4-0,5 kg SSV/kg DQO eliminada Obtención Cálculo: V0 (ml) 1000 mg/g IVF (ml/g SS) = MLSS (mg SS/L) Vt (L) Rango: mg/l IVF > 00 presencia de bulking (hinchamiento) Evitar bulking, verificando la presencia de grasas en las balsas y la sobrecarga en las mismas Realizar la purga diaria de lodo correspondiente Se pretende así mantener una concentración constante de lodo en las balsas Si no se purga adecuadamente: - Aumentará SSV en la balsa - El decantador de fangos operará mal 7

8 Exceso de lodo (kg SSV/d) Edad del lodo (SRT, θ c ) (días) AFECTA sólidos en el efluente características de sedimentación Obtención Suma del lodo activo generado como consecuencia de la eliminación de la DQO más la parte inorgánica de los SS del influente Cálculo (estimación): P = Y Q S X ( ) Kg Xgenerados P = X generación de microorgan ismos d El exceso debe ser eliminado para mantener una concentración de lodo constante Purgar lodo cuando sea necesario O S Tiempo que permanece el lodo dentro el proceso Obtención Cálculo: cantidad de microorganismos g SSVen reactor SRT = = microorganismos purgados g SSVgenerados/d V (m ) X (kg/m ) V X Edad del lodo = = kg lodo en exceso / d Q X w w Debe oscilar entre 4 y 10 días aprox. TIEMPOS MAYORES 10 DÍAS; crecimiento de organismos que causan problemas como apelmazamiento y espumas Va unido a la purga de lodos (se purgará más cuando la edad sea excesiva) valores menores valores mayores dispersión de flóculos descomposición y dispersión de flóculos crecimiento de organismos de crecimiento lento (nitrificantes y filamentosas) Obtención Tiempo hidráulico de residencia (THR) (horas) Tiempo de residencia del agua en el lecho anaerobio Cálculo: Vbalsa THR = m alimentación h En operación normal, de a 6 horas (dependiendo el tipo de reactor) Es función de la operación; se mantendrá la que resulte en operación correcta CV (kg DQO/m reactor.d) SSLM (mg SSLM/L) PROCESOS AEROBIOS. FANGOS ACTIVOS BIOMASA EN SUSPENSIÓN FANGOS ACTIVOS CM (kg DQO/kg SSVLM.d) TRC (d) TRH (h) % DQO OD (mg O 2 /L) a 95 2 Q O S O 1. BALSA DE AIREACIÓN CO 2 V S X O 2 2. SEDIMENTADOR Q e S e X e Q R X R QW X W. RECIRCULACIÓN 4. PURGA 8

9 Biosólidos lidos, digestión anaerobia, Pretratamientos Generación de lodos en una EDAR LÍNEA DE AGUAS. Lodos activados. Generación de biosólidos LÍNEA DE FANGOS.1. Descripción del proceso.2. Parámetros de diseño y operación.. Lodo secundario: generación.4. Gestión del lodo secundario Materia orgánica en el agua Lodo primario Eliminación Effluente Lodo secundario Biogás BIOSÓLIDOS ESTACIONES DEPURADORAS DE AGUAS RESIDUALES BALANCES DE MATERIA A UNA EDAR La contaminación es cambiada de sitio: del agua al lodo Biosólidos lidos, digestión anaerobia, Pretratamientos DQO Lodo 1º 0% En una planta convencional el 60% de la DQO del agua se transforma en lodo Eliminación 25% Efluente 10% Lodo 2º 5% Bajo remdimiento Altos TRH (> 20 d) Elevado volumen: costes Biogás 20% LODO >60% DQO RESIDUO DIGERIDO >40% % DQO. Lodos activados. Generación de biosólidos.1. Descripción del proceso.2. Parámetros de diseño y operación.. Lodo secundario: generación.4. Gestión del lodo secundario 9

10 CONSECUENCIAS DE LA LEGISLACIÓN RESUMEN DE LA SITUACIÓN N ACTUAL 1. La mayoría de la población de los países de la Unión Europea deberá disponer de instalaciones de tratamiento de aguas residuales antes del año 2005 (Directiva 91/271/EEC) AUMENTO EN EL NÚMERO N DE E.D.A.R. AUMENTO EN LA PRODUCCIÓN N DE LODOS 2. Las vías de eliminación de lodos se están viendo sometidas a limitaciones cada vez más severas, impuestas por la legislación (Directiva 86/278/CEE, Reglamento EEC 2092/91, Directiva 1999/1/EC) RESTRICCIONES EN LAS VIAS DE ELIMINACIÓN N DE LODOS PASADO PASADO RECIENTE PRESENTE La generación de fangos no constituía un problema Destino habitual de los fangos: el terreno, sin estudio ni tratamiento previo Mayor producción debido al aumento del nº de EDAR Desarrollo de una legislación destinada a la protección del suelo (limitaciones en metales pesados, patógenos y características del lodo) En aumento como consecuencia de sucesivas restricciones medioambientales Modificación de la legislación existente y revisión de las vías de eliminación de fangos: - Restricciones para vertederos e incineración - Aplicación al suelo como prioridad - Necesidad de estudio de viabilidad previo PROBLEMAS DETECTADOS SOLUCIONES PROPUESTAS Falta de un registro de la producción y eliminación de lodos en España Por aplicación de la Directiva 91/271/CEE el número de EDAR está aumentando y aumentará más aún Falta de control sobre la presencia de patógenos en el lodo que se aplica al suelo Falta de control sobre la presencia de metales pesados en el lodo que se aplica al suelo Falta de un registro de la producción y eliminación de lodos en España Por aplicación de la Directiva 91/271/CEE el número de EDAR está aumentando y aumentará más aún Falta de control sobre la presencia de patógenos en el lodo que se aplica al suelo Falta de control sobre la presencia de metales pasados en el lodo que se aplica al suelo Caracterización de los lodos generados y creación de una base de datos sobre su gestión Elaboración de planes de minimización, reciclado y eliminación de los lodos generados Restricciones para el contenido en patógenos del lodo que se destina al suelo Restricciones para el contenido en metales pesados del lodo que se destina al suelo 10

11 PLAN NACIONAL DE LODOS PLAN NACIONAL DE LODOS SITUACIÓN ACTUAL Objetivos ecológicos del Plan Nacional de Lodos lleva a la Necesidad de desarrollar un Plan de eliminación de los lodos que se generan en la depuración de las aguas residuales urbanas, teniendo en cuenta aspectos medioambientales, económicos y sociales Bajo esta necesidad nace el PLAN NACIONAL DE LODOS DE E.D.A.R. Reducción en origen de la producción de lodos Caracterización del lodo generado en España, antes del 2.00 Valorización de al menos el 80% del lodo, antes del Control de la aplicación al suelo de los fangos procedentes de EDAR Viabilidad de los suelos Cálculo de la dosis de fango en función de la calidad del suelo y del fango Seguimiento de la operación (planes de aplicación) Posibilidades de tratamiento de los fangos a medio plazo Uso agrícola controlado Valorización energética PLAN NACIONAL DE LODOS INTRODUCCIÓN N A LA PROBLEMÁTICA Restricción n en las vías v de eliminación n de lodos PRIORIDAD DECRECIENTE Principios del Plan Nacional de Lodos PRINCIPIOS DEL PLAN 1. Minimización del lodo residual generado TENDENCIAS FUTURAS REDUCCIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE LODO en las EDAR 2. Reutilización del lodo Aplicación al SUELO. Valorización de la fracción de lodo que no se puede reutilizar 4. Disposición en vertedero solamente cuando no hay otra alternativa VALORIZACIÓN ENERGÉTICA MINIMIZACIÓN del lodo que se destina a VERTEDERO VERTEDERO Vertido en océano Deposición n en vertedero? Regeneración n de suelos Abono OBTENCIÓN N DE ENERGÍA Incineración LEGISLADO MINIMIZAR Empleo de cenizas como materiales de construcción PROHIBIDO MINIMIZAR APLICACIÓN N AL SUELO: COMPOSTAJE (Restricciones) Tóxicos Metales pesados Patógenos Reducción n de emisiones Cenizas = residuo peligroso Aumento del coste Rechazo general 11

12 PLAN NACIONAL DE LODOS REDUCCIÓN DE LA PRODUCCIÓN DE LODO exige Desarrollo de métodos para reducir el volumen de los lodos que se están generando, y conseguir un residuo final estable, apto para ser eliminado Desarrollo de ALTERNATIVAS DE MINIMIZACIÓN Y TRATAMIENTO DE LOS LODOS GENERADOS 12