Figura Compostaje de lodos en pila estática aireada

Transcripción

1 Figura Compostaje de lodos en pila estática aireada

2 Agente Llenante Secador Mezclador Tanque de fermentación primario Tanque de fermentación secundario Tamizado Lodo desaguado Compost reciclado Aire Aire Máquina de empaque Clasificación Producto Material llenante Recirculación Mezcla Compostaje Clasificación Curado Lodo Almacenamiento Comercialización Figura Diagramas de flujo del compostaje Los hongos están presentes en la fase mesófila y termófila, metabolizan celulosa y hemicelulosa, y se desarrollan más hacia la parte exterior de las pilas por su naturaleza aerobia. Los actinomices parecen ser responsables de la degradación de hemicelulosa, azúcares, almidones, ligninas, proteínas, ácidos orgánicos y polipéptidos. Probablemente la temperatura es el factor ambiental más importante por su efecto sobre la viabilidad y el desarrollo de los microorganismos. Estos al consumir materia orgánica generan calor, por lo cual la descomposición es más rápida cuando la temperatura del compost se encuentra entre 32 y 60ºC. Por encima de 65ºC se obtiene una eliminación óptima de patógenos, pero se inhibe fuertemente la actividad microbial responsable del proceso. La temperatura alcanzada en un sistema de compostaje, así como el ph, son buenos indicadores del desarrollo

3 del proceso, como se visualiza en la figura En la etapa mesófila, la temperatura oscila entre 20ºC y 40ºC y el ph es menor de 6,0. En la etapa termófila, la temperatura desciende a aproximadamente 20ºC, el ph se acerca a 7,0, y pueden predominar los actinomices. En la última etapa, o fase de maduración, la temperatura se estabiliza alrededor de los 20ºC y el ph alrededor de los 20ºC y el ph alrededor de 7,0 con actividad microbial lenta hasta el agotamiento del sustrato biodegradable. Para el compostaje aerobio, la aireación es un factor clave. Una aireación adecuada mantiene la aerobicidad; controla olores, temperatura, remoción de humedad, permite una tasa alta de degradación y la obtención de un compost seco y estabilizado. En general, en procesos de aireación forzada, se recomienda un flujo de aire promedio de 23 m 3 /h por tonelada de lodo seco para una estabilización rápida de lodos; sin embargo, la literatura no es concluyente sobre la tasa óptima de aireación. En porcentaje en volumen se considera concentración óptima de oxígeno en la masa en compostaje un valor de 5 a 15 %. Una concentración superior al 15 % en volumen promueve disminución en la temperatura debido al mayor flujo de aire, en tanto que una concentración menor del 5% no se considera segura para mantener compostaje aerobio. En el proceso de pilas aireadas por volteo, la oxigenación depende de la ventilación natural provista con mezcla mecánica o manual frecuente de las pilas. Las pilas son comúnmente de sección trapezoidal o triangular, con anchos de 4,5m y alturas hasta de 2 m (figura ). La reacción aerobia provee el calor para elevar la temperatura de la pila y hacer que el aire se eleve, produciendo un efecto de chimenea y movimiento del aire dentro de la pila. La tasa de intercambio de aire depende de la porosidad del material y del tamaño de la pila. Durante los primeros cinco días la pila debe voltearse por lo menos 2 veces al día para mezclar bien el lodo con el llenante. Después del período inicial de cinco días, las pilas se voltean con la frecuencia requerida para mantener la concentración de oxígeno y la temperatura en los valores apropiados para el compostaje. Figura Variación de la temperatura y el ph en el proceso de compostaje

4 La humedad afecta el proceso de compostaje. En general, se recomiendan humedades de 50 a 60% para soportar una actividad biológica apropiada, puesto que valores de humedad inferiores al 50% retardan la descomposición, al tiempo que valores de humedad superiores a 60% producen lixiviados, deterioran la calidad del compost tamizado y aumentan la cantidad másica de material que se va a manejar. Para una buena actividad microbial de composteo, se recomienda una relación nutricional de carbono a nitrógeno(c/n) generalmente entre 25 y 35. Los lodos orgánicos, para convertirse en compost, requieren además un acondicionamiento o un llenante como viruta o aserrín de madera, que facilita el proceso al ajustar la relación C/N y la humedad. El tamaño de partículas es también factor de importancia entre, 0,3 y 2,7 cm La adición de simiente o inóculo acorta la fase de aclimatación y el período de compostaje; en la práctica, la mayor parte de lodos orgánicos posee suficiente simiente microbial. La duración del proceso es una variable incierta, pero se reconoce que puede durar, en pilas estáticas, entre seis y doce semanas; en celdas entre dos y seis meses, y en sistemas con aireación mecánica, 45 días(sin incluir la etapa de maduración).

5 Figura Dimensiones típicas de pilas de compostaje

6 En estudios realizados sobre compostaje aerobio por pilas, para el tratamiento y estabilización de grasas provenientes de un sistema de flotación por aire disuelto para aguas residuales de la industria láctea, se concluyó lo siguiente: a)el método de aireación más eficiente para compostaje aerobio por pilas es el de aireación por volteos; b) el material llenante más apropiado es el tamo de cebada, aunque la viruta y el aserrín de madera también son materiales adecuados como llenante; c)el tamaño de partículas influye directamente sobre el proceso de compostaje, partículas finas limitan el intercambio gaseoso rebajan la degradación de la materia orgánica; d)la mezcla de todos los materiales de la pila debe hacerse apropiadamente; e) La altura de la pila es un factor de mucha importancia para el proceso, se obtuvieron mejores resultados con pilas de 0,8 m de altura que con pilas de 1,4 m. La adición de compost al suelo puede producir beneficios como el de incrementar la aireación, mejorar la retención de nutrientes y el contenido de humedad, reducir la erosión del suelo y la presencia de enfermedades en las plantas; sin embargo, en general su contenido nutricional es mínimo y su valor principal radica en el mejoramiento de las propiedades físicas del suelo, cobertura de rellenos sanitarios, uso en invernadores, campos deportivos, cementerios y cultivos paisajísticos. El criterio básico para obtener un compostaje exitoso reside en proveer un material poroso, estructuralmente estable, con material orgánico biodegradable, suficiente para que la reacción de descomposición sea sostenible, es decir, para que el calor originado en la oxidación del material volátil eleve la mezcla a la temperatura de reacción y lleve al grado de secamiento requerido Incineración de lodos Los procesos de temperatura alta se han empleado para combustión de los sólidos de aguas residuales municipales desde 1900, época en que la combustión de dichos sólidos era aplicable por su costo bajo y porque las normas de control para emisión de gases no existían. En la actualidad, estos procesos son considerados una alternativa de procesamiento de lodos cuando no hay terreno suficiente para disposición, cuando las normas ambientales son muy restrictivas o cuando se requiere destrucción de materiales tóxicos. En la tabla se enumeran las ventajas y desventajas atribuidas a los procesos de temperatura alta. Los lodos procesados por incineración suelen ser lodos crudos desaguados sin estabilizar. La estabilización no es recomendable porque la digestión de los lodos reduce su contenido de sólidos volátiles y su poder calorífico aumentando así las necesidades de combustible auxiliar. La incineración es un proceso de combustión completa, La combustión es la oxidación exotérmica rápida de los elementos combustibles. La pirólisis clásica es la destilación destructiva, reducción o craqueo térmico y condensación de materia orgánica mediante calor o presión en ausencia de oxigeno. La pirólisis parcial, o combustión escasa de aire, es la combustión incompleta que ocurre cuando no hay abastecimiento suficiente de oxígeno para satisfacer los requerimientos de la combustión incompleta que se produce a temperaturas y presiones elevadas.

7 Tabla Ventajas y desventajas de los procesos de temperatura alta Ventajas Reducción de la masa y el volumen de la torta en un 95%, minimizando los requisitos de exposición Destrucción de tóxicos Recuperación de energía mediante la combustión Desventajas Costos de capital, operación y mantenimiento altos Problemas de operación que reducen la confiabilidad del equipo Requieren personal de operación calificado Requiere control de emisiones gaseosas Los componentes de la incineración se muestran en la figura Figura Elementos de la incineración El valor calorífico de un lodo es función de las cantidades y tipos de elementos combustibles existentes, en tanto que sus elementos combustibles son básicamente el carbono fijo, el hidrógeno y el azufre. El azufre en lodos de aguas negras existe en concentraciones muy bajas y su contribución a la combustión puede despreciarse, al igual que la contribución de los metales. El valor calorífico de un lodo se determina mediante bombas calorimétricas; el ensayo se hace con muestras de 25 g quemadas en un contenedor sellado sumergido en agua. El calor de combustión se determina anotando la elevación de temperatura del baño de agua. En la tabla se incluyen valores caloríficos típicos de lodos de aguas residuales. Las cantidades de aire y de oxígeno requeridas para la combustión se muestran en la tabla En general, se considera que se requieren 3,2 kg de aire para liberar 10 MJ a partir del lodo o del combustible suplementario.

8 Tipo de lodo Primario crudo Activado Primario digerido anaerobiamente Primario precipitado químicamente Filtros biológicos Tabla Poder calorífico típico de diferentes lodos Poder calorífico, MJ/kg Intervalo Valor típico ,5 13,5-18, , ,5 13,5 20 Tabla Requerimientos teóricos de aire y oxígeno para combustión completa Sustancia kg/kg de sustancia Aire Oxígeno Carbono Monóxido de carbono Hidrógeno Azúfre Sulfuro de hidrógeno Metano Etano Amoníaco 11,53 2,47 34,34 4,29 6,10 17,27 16,12 6,10 2,66 0,57 7,94 1,00 1,41 3,99 3,73 1,41 El incinerador más usado en los Estados Unidos para incineración de lodos es el horno de pisos múltiples. Dichos equipos son durables, de operación relativamente simple y pueden manejar cargas de cantidad y calidad variables. El lodo alimentado debe tener un contenido de sólidos superior al 15%. Las cargas medias de torta húmeda son de 40kg/m2h de superficie de piso efectiva, pero pueden oscilar ente 25 y 75 kg/m2h con emisiones desde los depuradores de vía húmeda inferiores a 0,65 g/kg de lodo seco tratado. En la figura se muestra un incinerador de horno de pisos múltiples. El incinerador de lecho fluidizado es un depósito vertical cilíndrico de acero revestido con material refractario, que contiene un lecho de arena y orificios para la alimentación de aire fluidizante para la producción y mantenimiento de una combustión continua(figura ). El primer incinerador de lecho fluidizado para lodos de aguas residuales fue instalado en Estados Unidos en Normalmente tienen diámetros de 2,5 a 7,5 m con un lecho de arena en reposo de 0,8 m de espesor. El aire para fluidización se inyecta a kn/m 2 de presión. El lecho se expande hasta aproximadamente un 100% de su volumen en reposo y su temperatura se controla entre 760 y 816ºC mediante quemadores colocados por encima y por debajo del lecho.

9 Figura Incinerador de pisos múltiples

10 Figura Corte de un incinerador de lecho fluidizado