Andrés Beltrán *, Martha Castellanos *, Arley Guevara *, Lorena Lombana *. *

Transcripción

1 G.A.I.A GRUPO AMBIENTAL DE INVESTIGACION AVANZADA Andrés Beltrán *, Martha Castellanos *, Arley Guevara *, Lorena Lombana *. * Estudiantes Ingeniería Ambiental, Semillero de Investigación GAIA, U.D.F.J.C Contacto: semillero.gaia.ud@gmail.com

2 Tratamiento de Aguas Residuales Concentración de la población en las áreas urbanas. El sistema de alcantarillado unificado con el de aguas lluvia Las PTAR como solución.

3 La generación de biosólidos por parte de las grandes PTAR colombianas ha propiciado la investigación de este tipo de materiales, con el fin de identificar la mayor cantidad de formas de aprovechamiento y garantizar así la sostenibilidad ambiental del tratamiento de las aguas residuales. En la actualidad, las Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales (PTAR) de Colombia generan 274 toneladas de biosólidos al día (94 toneladas base seca). El 97% de esta producción es generada por tres plantas: El Salitre (Bogotá), Cañaveralejo (Cali) y San Fernando (Medellín).

4 Normatividad

5 RAS Resolución 1096 de Define el término biosólido pero no reglamenta la gestión. Reglamento Técnico del Sector Agua Potable y Saneamiento Básico (RAS 1998). Resolución 822 de Norma Técnica Colombiana NTC 5167 (31/05/2004): Materiales orgánicos utilizados como fertilizantes o acondicionadores de suelos.

6 Proceso para los Lodos 1. Extracción de Lodos Primarios 2. Espesamiento de lodos Primarios 3. Digestión 4. Deshidratación de Lodos Digeridos.

7 Digestión n Mesófila Anaerobia Los microorganismos bacterianos mesófilos anaeróbicos degradan los compuestos orgánicos dando como resultado un lodo digerido rico en nitrógeno, fósforo y potasio. El ph que deben tener los lodos no debe ser menor a un ph de 6.6 y mayor a 7.6. Si se acumulan ácidos orgánicos, estos microorganismos se inhiben y no funciona el tratamiento primario.

8 Variables que influyen en el proceso Temperatura: Optima de funcionamiento alrededor de los 35 C Acidez: ph óptimo oscila entre 6,6 y 7,6 Contenido en sólidos: se suele operar en mejores condiciones con menos de un 10% en sólidos, lo que explica que la biomasa más adecuada sea la de alto contenido en humedad Nutrientes: para el crecimiento y la actividad de las bacterias, éstas tienen que disponer de carbono, nitrógeno, fósforo, azufre y algunas sales minerales Tóxicos: aparte del oxígeno, inhiben la digestión concentraciones elevadas de amoníaco, sales minerales y algunas sustancias orgánicas como detergentes y pesticidas

9 Reacciones Involucradas

10 Estabilización n del ph en biodigestores en la PTAR Salitre Estabilización química: es aquella que se realiza por la adición a los lodos de productos químicos que los inactivan generalmente se usa cal que aumenta el ph, lo que dificulta la acción biológica de los lodos; favoreciéndose la liberación de amoniaco (le quita valor fertilizante al lodo). La cal hidratada presenta desventajas frente a sustancias buffer: fisicoquímicas, ambientales y económicas. Se propone implementar fosfatos para estabilizar el ph en los biodigestores.

11 Soluciones amortiguadoras o buffer Su concentración de hidrogeniones varía muy poco al añadirles ácidos o bases fuertes. Especie ácida: Neutraliza hidroxilos (OH ) Especie básica: Neutraliza los protones (H+). Ácido débil HX H + + X Sal derivada MX M + + X

12 Preparación n de soluciones buffer Se pueden preparar dos tipos de amortiguadores : Ácidos: ácido débil + base conjugada. Básicos: base débil + ácido conjugado. La concentración de acido y base deben ser cercanas: pka=ph

13 pka= 2.12 pka= 6,8 pka= 12,66 El ácido fosfórico es triprótico y, por lo tanto, disocia en tres etapas: Especie de fosfato con capacidad de tamponar: H2PO4, pk=6,8.

14 Sustancias utilizadas: Fosfato monoácido de potasio (k2hpo4). Fosfato diácido de sodio (NaH2PO4 ). pka=6,8 ph deseado: 6.8 Nombre Fosfato monoacido de potasio fosfato diacido de sodio Gramos requeridos 184,56 119,489 Gramos para preparar solución buffer

15 Cantidad de sustancia buffer a aplicar en los reactores de la PTAR salitre: 3.0ml de Ca(OH)2 /10.0ml sustancia buffer = 0.3 Valoración de un ácido fuerte con una base fuerte Valoración de un ácido débil poliprótico

16 Ton sustancia buffer= 2.3 ton de Ca(OH) 2 * 0.3= toneladas de sustancia buffer mensuales Nombre Cantidad aplicada al mes en los biodigestores. (Ton) Sustancia buffer Cal 2.03 Determinación de la cantidad de fosfatos en el lodo por la adición de la sustancia buffer: Número de moles de fosfato formados: NaH 2 PO4 + K 2 HPO + 4 3H + 2PO moles de PO 4 +3 por una mol de NaH 2 PO 4 y de K 2 HPO 4.

17 Revisión de fuentes Bibliográficas y Normatividad lodos. Planteamiento del problema. Diseño preliminar de método para caracterización y evaluación de lodos. Evaluación de parámetros fisicoquímicos y microbiológicos del lodo en estado inicial y al agregar la sustancia Buffer. Construcción de modelo de simulación molecular para resultados esperados Análisis cualitativo y estadístico de resultados con posibles propuestas para optimización y utilización del lodo Elaboración de documento para publicación y soporte unificado de implementación de método para Ingeniería Ambiental

18 Ventajas y desventajas ambientales económicas Hidróxido de calcio (cal hidratada): Revisión constante de la acidez. Cal: requiere 32% de su peso en agua ser hidratada (consumo excesivo de agua). Puede producir espuma. Atrae metales pesados. Precio menor al de sustancias buffer. Fosfatos dibásico de potasio, Fosfato Monosódico: No produce efectos graves sobre los medios acuáticos. Absorbidos por plantas y utilizados con nutrientes esenciales. Forman precipitados (Ca y Mg)que se convierten en parte del suelo o sedimento. mas costoso que la cal hidratada

19 Evaluación n coste beneficio VENTAJAS ADICIONALES: El biosólido que sale de la planta posee fosfatos uno de los nutrientes inorgánicos requeridos por plantas y microorganismos. Aprovechamiento del biosólido como fertilizante agrícola: Las plantas absorben únicamente el fósforo en forma de HPO4 2(ión fosfato monoácido) y H 2 PO 4 1 (ión fosfato diácido).

20 Resultados esperados 1.Evaluación fisicoquímica, biológica y económica del funcionamiento de la sustancia buffer de fosfatos dentro del biodigestor. 2. Diseño de método que permita registrar propiedades fisicoquímicas y biológicas del lodo provenientes de la PTAR para su posterior clasificación en tipo A o B según la norma colombiana y la 40CFR 503 de la EPA para disposición agrícola. 3. Creación de modelos que permitan simular procesos de reconversión de sustancias dentro del ecosistema (Modelación Molecular Ambiental),