ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL ESTUDIO PARA EL TRATAMIENTO, MANEJO Y DISPOSICIÓN FINAL DE LODOS GENERADOS EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO AMBIENTAL MARCO VINICIO MARTÍNEZ CÓRDOVA martinezvinicio87@gmail.com DIRECTOR: MSc. NATHALIA VALENCIA BONILLA nathalia.valencia@gmail.com Quito, Julio 2012

II DECLARACIÓN Yo, Marco Vinicio Martínez Córdova, declaro bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentada para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento. La Escuela Politécnica Nacional, puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido en la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente. Marco Vinicio Martínez Córdova.

III CERTIFICACIÓN Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Marco Vinicio Martínez Córdova, bajo mi supervisión. M. en I. NATHALIA VALENCIA B. DIRECTORA DEL PROYECTO

IV AGRADECIMIENTOS A Dios por haberme dado unos padres luchadores que siempre han tenido una visión de progreso, lo que han inculcado en mí, lo cual me ha servido para poder salir adelante y sobre todo siempre me apoyan en cada paso que doy. A mi hermana Liceth que a pesar de ser menor que yo me ha dado un ejemplo de lucha y perseverancia, enseñándome que no existe motivo alguno para dejar de luchar por las metas propuestas. A la Ingeniera Nathalia Valencia quién me ha regalado su valioso tiempo y ha compartido sus conocimientos que me ha servido de guía para poder desarrollar el presente proyecto. Al Ingeniero Jorge Terán quién me facilito con el desarrollo de la tesis aportándome con el ingreso a la Planta de Tratamiento de agua potable de Checa y así recopilar valiosa información. A los propietarios del predio donde se pudo desarrollar la parte experimental del proyecto, quienes siempre estuvieron pendientes del desarrollo del mismo. A Miriam que estuvo siempre pendiente a pesar de la distancia, quién me estuvo apoyando durante toda mi vida universitaria y más en el desarrollo de este proyecto. A todas las personas que de una u otra manera influenciaron en algún momento de mi vida para que mi sueño se haga posible en especial a Mayra quien ha estado conmigo en el transcurso del desarrollo de este proyecto

V DEDICATORIA El presente trabajo va dedicado a mis Padres (Edith y Mario), ya que es el resultado de tanto sacrificio en su vida, todos los logros que he tenido han sido gracias a ellos quienes con su forma de ser me han enseñado grandes valores con los cuales he podido defenderme en la vida y más ahora que me han dado una arma tan poderosa para seguir cumpliendo muchos anhelos, en especial a mi madre que desde mi vida estudiantil ha sido la primera persona en levantarse y la última en acostarse siempre pendiente de toda la familia.

vi CONTENIDO DECLARACIÓN... II AGRADECIMIENTOS... IV DEDICATORIA... V CONTENIDO... VI INTRODUCCIÓN... 1 JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO... 2 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN... 4 CAPÍTULO 1.... 5 PRODUCCIÓN DE AGUA POTABLE..5 1.1. PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE... 5 1.1.1 TIPOS DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE.... 5 1.1.1.1. PLANTAS DE FILTRACIÓN RÁPIDA... 6 1.1.1.2. PLANTAS DE FILTRACIÓN LENTA... 8 1.1.1.3. SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE TIPO CONVENCIONAL... 9 1.1.1.4. PLANTAS DE TECNOLOGÍA APROPIADA... 10 1.1.1.5. PLANTAS DE TECNOLOGÍA IMPORTADA... 11 1.1.1.6. SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE TIPO PAQUETE. 12 1.1.2 PROCESOS DE TRATAMIENTO... 13 1.1.2.1. PRE TRATAMIENTO... 13 1.1.2.2. MEZCLA RÁPIDA... 14 1.1.2.3. FLOCULACIÓN... 14 1.1.2.4. SEDIMENTACIÓN... 15 1.1.2.5. FILTRACIÓN... 15 1.1.2.6. DESINFECCIÓN... 16 1.1.3 OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO... 16

vii 1.1.3.1. REGULACIÓN DE CAUDALES.... 17 1.1.3.2. DOSIFICACIÓN DE LOS PRODUCTOS QUÍMICOS... 17 1.1.3.3. CONTROL DE PROCESOS.... 17 1.1.3.4. LAVADO DE FILTROS Y PURGA DE LODOS.... 18 1.1.3.5. OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE EQUIPOS UTILIZADOS EN EL TRATAMIENTO.... 18 CAPÍTULO 2... 20 LODOS RESIDUALES DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE..20 2.1. 2.2. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS LODOS... 20 PRODUCCIÓN DE LODOS... 21 2.3. TRATAMIENTO DE LODOS... 23 2.3.1. HOMOGENIZACIÓN Y ACONDICIONAMIENTO QUÍMICO... 24 2.3.2. ESPESAMIENTO... 24 2.2.2.1 ESPESAMIENTO POR GRAVEDAD... 24 2.2.2.2 ESPESAMIENTO POR FLOTACIÓN... 25 2.3.3. DESHIDRATACIÓN... 26 2.3.3.1. MÉTODOS DE DESHIDRATADO... 27 2.3.4. SECADO... 32 2.3.4.1. TIPOS DE SECADO... 33 2.3.5. DISPOSICIÓN FINAL... 34 2.4. NORMATIVIDAD ECUATORIANA PARA EL CONTROL DEL USO Y DISPOSICIÓN DE LODOS GENERADOS EN LAS PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE.... 35 CAPÍTULO 3... 39 METODOLOGIA 39 3.1. DESCRIPCIÓN DEL SITIO DE ESTUDIO... 39 3.2. DESCRIPCIÓN DE LA OPERACIÓN DE LAS UNIDADES DE TRATAMIENTO DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE DE CHECA...44

viii 3.2.1. MEZCLA RÁPIDA... 45 3.2.1.1. POLÍMERO... 46 3.2.1.2. SULFATO DE ALUMINIO... 46 3.2.2. FLOCULACIÓN... 49 3.2.3. SEDIMENTACIÓN... 49 3.2.4. FILTRACIÓN... 50 3.2.4.1. FILTRO RÁPIDO... 51 3.2.4.2. FILTRO LENTO... 51 3.2.4.3. FILTRO A PRESIÓN... 52 3.2.5. DESINFECCIÓN... 52 3.2.6. ALMACENAMIENTO... 53 3.2.7. DISTRIBUCIÓN... 54 3.3. TOMA DE MUESTRAS... 55 3.3.1 MUESTREO DE AGUA CRUDA... 55 3.3.2. MUESTREO DE LODOS... 58 3.3.2.1. MUESTREO EN LOS FILTROS RÁPIDOS... 59 3.3.2.2. MUESTREO EN EL SEDIMENTADOR... 60 3.3.2.3. MUESTREO EN EL FLOCULADOR.... 61 3.4. CARACTERIZACIÓN DEL LODO QUÍMICO PRODUCIDO... 62 3.4.2. CARACTERIZACIÓN DE LODOS DE LA PLANTA DE CHECA... 62 3.4.3. PRODUCCIÓN DE LODOS... 62 3.4.4. DETERMINACIÓN DE LA PELIGROSIDAD DE LODOS.... 63 3.5. CONSTRUCCIÓN DE MODELOS EXPERIMENTALES... 64 3.5.2. LECHO DE SECADO... 65 3.5.3. SECADO SOLAR EN INVERNADERO... 66 CAPÍTULO 4.... 68 ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS 68 4.1. PRUEBAS PRELIMINARES... 68 4.1.1. POTENCIAL DE HIDRÓGENO... 68 4.1.2. COLOR... 69

ix 4.1.3. TURBIEDAD... 69 4.1.4. SÓLIDOS DISUELTOS... 70 4.1.5. SÓLIDOS SUSPENDIDOS... 71 4.1.6. SÓLIDOS FIJOS Y VOLÁTILES... 72 4.1.7. CONCENTRACIÓN DE SULFATOS... 73 4.1.8. HIERRO TOTAL... 74 4.1.9. COLIFORMES TOTALES... 74 4.2. CARGA Y PRODUCCIÓN DE LODOS... 75 4.3. CARACTERIZACIÓN DE LOS LODOS PRODUCIDOS... 77 4.3.1. LODOS DE LAVADO DE FILTROS... 78 4.3.2. LODOS DE LAVADO DE SEDIMENTADOR.... 79 4.4. MODELOS EXPERIMENTALES... 81 4.4.1. LECHOS DE SECADO... 83 4.4.1.1. LECHO DE SECADO 3... 83 4.4.1.2. LECHO DE SECADO 4... 84 4.4.2. SECADO SOLAR EN INVERNADERO... 86 4.4.2.1. MODELO 1... 86 4.4.2.2. MODELO 2... 87 4.4.2.3. MODELO 3... 88 4.4.2.4. LECHO DE SECADO 1... 89 4.4.2.5. LECHO DE SECADO 2... 90 4.5. MANEJO Y DISPOSICIÓN FINAL... 92 4.5.1. PREVENCIÓN DE LA GENERACIÓN DE LODOS... 92 4.5.2. TRATAMIENTO DE LODOS... 93 4.5.3. RECICLAJE, REHÚSO... 95 4.5.4. DISPOSICIÓN FINAL... 97 CAPÍTULO5... 99 CONCLUSIONES... 99 CAPÍTULO 6....103

x RECOMENDACIONES Y LABORACIÓN DEL MANUAL DE MANEJO DE LODOS GENERADOS EN LAS PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE 103 6.1. RECOMENDACIONES...103 6.2. ELABORACIÓN DEL MANUAL DE MANEJO DE LODOS GENERADOS EN LAS PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE...104 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS...105 ANEXOS...108 ANEXO N 1: PLANO DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE...109 ANEXO N 2: HOJAS DE REGISTRO DE AGUA CRUDA Y TEMPERATURA DE LA ZONA...111 ANEXO N 3: DATOS DE PRODUCCIÓN DE AGUA Y QUÍMICOS UTILIZADOS...116 ANEXO N 5: ANALISIS FOTOGRÁFICO...125 ANEXO N 6:DATOS DE CURVA DE SECADO...141 ANEXO N 7: MANUAL DE MANEJO DE LODOS GENERADOS EN PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE...141

xi INDICE DE FIGURAS FIGURA 2-1: CURVA DE SECADO... 33 FIGURA 3-1: UBICACIÓN GENERAL DE LA PTAP CHECA... 39 FIGURA 3-2: HISTOGRAMA DE TEMPERATURA MEDIA MENSUAL... 40 FIGURA 3-3: HISTOGRAMA DE TEMPERATURA MÁXIMA, MEDIA Y MÍNIMA 41 FIGURA 3-4: HISTOGRAMA DE HUMEDAD RELATIVA... 41 FIGURA 3-5: HISTOGRAMA DE PRECIPITACIÓN EN LA ESTACIÓN LA TOLA 42 FIGURA 3-6: HISTOGRAMA DE VELOCIDAD DEL VIENTO... 42 FIGURA 3-7: ROSA DE LOS VIENTOS PARA CHECA... 43 FIGURA 3-8: CONSUMO DE SULFATO DE ALUMINIO (2008-2011)... 48 FIGURA 3-9: CONSUMO DE POLÍMERO PRAESTOL (2008-2011)... 48 FIGURA 3-10: CONSUMO DE CLORO GAS (2008-2011)... 53 FIGURA 3-11 PRODUCCIÓN DE AGUA POTABLE (2008-2011)... 54 FIGURA 4-1: POTENCIAL HIDRÓGENO DEL AGUA CRUDA (2009-2011)... 68 FIGURA 4-2: COLOR DEL AGUA CRUDA (2009-2011)... 69 FIGURA 4-3: TURBIEDAD DEL AGUA CRUDA (2009-2011)... 70 FIGURA 4-4: SÓLIDOS DISUELTOS EN AGUA CRUDA (2009-2011)... 71 FIGURA 4-5: CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS SUSPENDIDOS (2011)... 72 FIGURA 4-6: CONCENTRACIÓN DE SULFATOS EN AGUA CRUDA (2009-2011)... 73 FIGURA 4-8: HIERRO TOTAL EN EL AGUA CRUDA (2009-2011)... 74 FIGURA 4-7: COLIFORMES TOTALES DE AGUA CRUDA (2009-2011)... 75 FIGURA 4-9: CURVA DE SECADO - LECHO 3... 84 FIGURA 4-10: CURVA DE SECADO - LECHO 4... 85 FIGURA 4-11: CURVA DE SECADO - MODELO 1... 86 FIGURA 4-12: CURVA DE SECADO - MODELO 2... 87 FIGURA 4-13: CURVA DE SECADO - MODELO 3... 88 FIGURA 4-13: CURVA DE SECADO - LECHO 1... 89 FIGURA 4-15: CURVA DE SECADO - LECHO 2... 90

xii INDICE DE TABLAS TABLA 2-1: LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES DE DESCARGA DE EFLUENTES... 37 TABLA 3-1: CARACTERIZACIÓN CLIMÁTICA DE CHECA (ESTACIÓN LA TOLA)... 43 TABLA 3-2: CARACTERÍSTICAS DE LOS FILTROS DE LA PTAP DE CHECA. 50 TABLA 3-3: EQUIPOS UTILIZADOS PARA LA CARACTERIZACIÓN DE AGUA CRUDA... 56 TABLA 3-4: DESCRIPCIÓN DE LOS MODELOS EXPERIMENTALES... 64 TABLA 4-1: SÓLIDOS FIJOS Y VOLÁTILES EN AGUA CRUDA... 72 TABLA 4-2: PRODUCCIÓN DE LODOS EN LA UNIDADES DE LA PTAP DE CHECA... 76 TABLA 4-3: DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS CRÍTICOS SEGÚN NORMATIVA... 78 TABLA 4-4: CARACTERIZACIÓN DE LODOS PROVENIENTES DEL LAVADO DE FILTROS DE LAS PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE DE LA EPMAPS... 79 TABLA 4-5: CARACTERIZACIÓN DE LODOS PROVENIENTES DEL LAVADO DE SEDIMENTADORES... 79 TABLA 4-6: COMPARACIÓN DE LAS CONCENTRACIONES MEDIAS DE CONTAMINANTES... 80 TABLA 4-7: CONCENTRACIÓN DE SÓLIDOS... 82 TABLA 4-8: CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO DE TRATAMIENTO DEL LODO... 82 TABLA 4-9: RESUMEN DE RESULTADOS OBTENIDOS EN LA EXPERIMENTACIÓN... 91 TABLA 4-10: EMPRESAS DE PRODUCCIÓN DEL CEMENTO... 96

xiii TABLA A-1: CARACTERÍSTICAS DE LODO DE ALUMBRE...148 TABLA A-2: CARACTERÍSTICAS DE LODOS DE ABLANDAMIENTO...149 TABLA A 3: CRITERIOS MICROBIOLÓGICOS PARA LODOS CLASE A....151 TABLA A 4: CRITERIOS MICROBIOLÓGICOS PARA LODOS CLASE B...151 TABLA A 5: PRINCIPALES ASPECTOS PARA MUESTREO...154 TABLA A 6: PRESERVACIÓN Y TIEMPO MÁXIMO PARA EL ANÁLISIS DE CADA UNO DE LOS PARÁMETROS...158

xiv INDICE DE FOTOGRAFÍAS FOTOGRAFÍA 1-1: PLANTA DE FILTRACIÓN RÁPIDA... 6 FOTOGRAFÍA 1-2 PLANTA DE FILTRACIÓN DIRECTA... 8 FOTOGRAFÍA 1-3 PLANTA DE TECNOLOGÍA APROPIADA... 11 FOTOGRAFÍA 1-4: PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE TIPO PAQUETE... 13 FOTOGRAFÍA 3-1: PLANTA CONVENCIONAL DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE CHECA... 44 FOTOGRAFÍA 3-2: VÁLVULAS DE INGRESO DE AGUA CRUDA... 45 FOTOGRAFÍA 3-3 : TANQUES DOSIFICADORES DE POLÍMERO... 46 FOTOGRAFÍA 3-4: TANQUE DOSIFICADOR DE SULFATO DE ALUMINIO... 47 FOTOGRAFÍA 3-5: TANQUE DE DEPOSITO DE SULFATO DE ALUMINIO... 47 FOTOGRAFÍA 3-6: FLOCULADOR DE LA PLANTA CHECA.... 49 FOTOGRAFÍA 3-7: SEDIMENTADOR DE LA PLANTA CHECA... 50 FOTOGRAFÍA 3-8: FILTROS RÁPIDOS DE LA PLANTA CHECA... 51 FOTOGRAFÍA 3-9: FILTRO LENTO DE LA PLANTA CHECA... 51 FOTOGRAFÍA 3-10: EQUIPO DEL FILTRO A PRESIÓN... 52 FOTOGRAFÍA 3-11: EQUIPO DE DESINFECCIÓN DE LA PLANTA CHECA... 53 FOTOGRAFÍA 3-12: TANQUE DE ALMACENAMIENTO... 54 FOTOGRAFÍA 3-13: TUBERÍA DE DISTRIBUCIÓN DEL AGUA POTABLE... 55 FOTOGRAFÍA 3-14: TURBIDÍMETRO DE LA PLANTA DE CHECA... 57 FOTOGRAFÍA 3-15: COLORÍMETRO... 57 FOTOGRAFÍA 3-16: PH-METRO... 57 FOTOGRAFÍA 3-17: TOMA DE MUESTRA EN FILTRO... 59 FOTOGRAFÍA 3-18: DESCARGA DE LOS LODOS DE LA PTAP DE CHECA... 61 FOTOGRAFÍA 3-19: LECHO DE SECADO... 65 FOTOGRAFÍA 3-20: CONSTRUCCIÓN DEL INVERNADERO... 66 FOTOGRAFÍA 3-21: IMPLEMENTACIÓN DE MODELOS DENTRO Y FUERA DEL INVERNADERO... 67 FOTOGRAFÍA 4-1: FABRICA DE BLOQUES... 97

xv INDICE DE ESQUEMAS ESQUEMA. 1-1: SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE TIPO CONVENCIONAL.... 10 ESQUEMA. 1-2: PLANTA DE TECNOLOGÍA IMPORTADA... 12 ESQUEMA. 2-2: ESPESAMIENTO POR GRAVEDAD... 25 ESQUEMA. 2-3: ESPESAMIENTO POR FLOTACIÓN... 26 ESQUEMA. 2-3: SISTEMA DE SECADO NATURAL... 28 ESQUEMA. 2-4: SECCIÓN TRANSVERSAL DEL LECHO DE SECADO... 29 ESQUEMA. 2-5: CENTRIFUGA... 29 ESQUEMA. 2-6: FILTRO AL VACÍO... 30 ESQUEMA. 2-7: FILTRO DE BANDA... 31 ESQUEMA. 2-8: FILTRO PRENSA... 32

xvi RESUMEN El presente proyecto incluye un estudio de los lodos generados como parte del proceso de potabilización del agua en una planta de tratamiento convencional, basado en el registro de producción, carga y características particulares de los lodos a fin de poder determinar una forma adecuada de tratamiento, manejo y disposición final de estos residuos. Como caso particular de estudio se considera a la planta de tratamiento de agua potable de Checa, la misma que posee un sistema de tratamiento convencional en donde se trata un caudal promedio de 15 l/s. Dentro del estudio se presenta información básica de la zona, una caracterización del agua cruda que ingresa a la Planta, descripción de las unidades de tratamiento, químicos utilizados en el proceso y la caracterización de los lodos generados. Adicionalmente, se plantea alternativas de tratamiento de los lodos en base a modelos experimentales construidos en la localidad, proponiendo alternativas para reutilizar los lodos tratados y/o una adecuada disposición final. Finalmente, el presente documento incluye un manual de manejo de lodos generados en las plantas de tratamiento de agua potable, con el objetivo de brindar a la comunidad información básica en cuanto al manejo, tratamiento y disposición de estos residuos.

xvii ABSTRACT This project includes a study about sludge generated as part of the water purification process in a conventional treatment plant, based on the production, load and particular characteristics of the sludge in order to determine an appropriate treatment, management and disposal of these materials. As a particular case study it considers the treatment plant of drinking water from Checa, which has a conventional treatment system where is treated an average flow of 15 l / s. This project include basic information about the area, a characterization of the raw water entering the plant, description of the units, chemicals used in the process and the characterization of sludge generated. Additionally, it proposes the alternatives to sludge treatment based on experimental models built in the locality. It proposes alternatives to reuse the product of treated mud and if there are not the means to make this, it proposes measures to prepare adequately this residual. Finally, the present document includes an operation manual of muds generated in the plants of treatment of drinking water, with the objective of toasting to the community basic information as for the handling, treatment and disposition of these residuals.

xviii PRESENTACIÓN El presente proyecto se desarrolla en seis capítulos, los cuales incluyen una introducción teórica respecto al tema de potabilización y lodos residuales generados en el proceso, una descripción de un caso de estudio en particular, una parte experimental en el sitio de estudio y, las conclusiones y recomendaciones dadas para los resultados obtenidos. El Capítulo 1 presenta de manera general la descripción de un sistema de potabilización convencional: unidades, clasificación, procesos y su respectiva operación y mantenimiento. En el segundo capítulo, se realiza una revisión bibliográfica sobre los lodos generados en plantas de tratamiento de agua potable, su caracterización, clasificación, métodos de tratamiento, disposición final y normativa que se aplica en el Distrito Metropolitano de Quito. La metodología con la que se va a realizar la experimentación sobre el tratamiento de lodos está detallada en el capítulo 3. Este abarca la descripción del sitio de estudio, funcionamiento de la planta de tratamiento de agua potable, muestreo, caracterización del lodo y modelos experimentales utilizados. En el cuarto capítulo, se analizan los resultados obtenidos en los ensayos de laboratorio tanto del agua cruda como de los lodos. Adicionalmente, en esta sección se presentan los resultados del monitoreo de los modelos experimentales en cuanto al proceso de secado del lodo muestreado en la planta de tratamiento de agua potable en estudio. El quinto capítulo contiene las conclusiones de lo realizado en el presente estudio y el sexto Capítulo comprende las recomendaciones particulares en base a la experiencia obtenida en este proyecto y, de forma general, el manual de manejo de lodos generados en plantas de agua potable.

INTRODUCCIÓN En la actualidad, como parte de la operación y gestión de las Plantas de Tratamiento de Agua Potable (PTAPs) a nivel local, la actividad principal se enfoca en la obtención de una adecuada calidad de agua para la distribución de este recurso a la población y no existe un manejo adecuado de lodos generados durante este proceso, produciéndose contaminación de los recursos naturales, como agua y suelo, al ser estos lodos dispuestos en terrenos, sin un previo tratamiento, o evacuados directamente al sistema de alcantarillado. Comúnmente, se considera que los lodos producidos dentro del proceso de potabilización están conformados solamente por sustancias frecuentes en las aguas naturales o aguas crudas, tal es el caso de arcillas, arenas finas o limos. Sin embargo, a estos componentes se debe añadir aquellos residuos que se generan en el proceso de tratamiento del agua, como son los óxidos hidratados de aluminio, junto con materias de naturaleza orgánica e inorgánica, siendo en la mayoría de los casos estables y no putrescibles, y que de una u otra manera, provocan contaminación ambiental y cambios en el hábitat natural. Los lodos generados en plantas de tratamiento de agua potable pueden plantear problemas importantes, debido a que, si bien estos residuos son principalmente inorgánicos, van formando depósitos en los tramos lentos del cauce y a la vez aumentan la turbiedad y el color de las aguas receptoras, disminuyendo la actividad fotosintética de las plantas acuáticas. (Ramirez, 2008) Por otra parte, las normas ambientales son cada vez más estrictas en cuanto a la calidad del agua vertida, tanto a cuerpos receptores como al sistema de alcantarillado, lo que conduce a implementar y mejorar la gestión de estos residuos desde su generación hasta la disposición final o su uso, ya sea como materia prima en otros procesos o bien enviados a cabecera del tratamiento de la PTAP junto con el agua cruda.

2 JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO Justificación Teórica Los lodos generados en las plantas potabilizadoras representan el 0.3% al 1% del volumen del agua tratada y en algunos casos llega hasta el 10% del volumen de agua tratada. (Aguamarket, 2000) Generalmente, los lodos producto del tratamiento del agua cruda tienen un 90% de humedad, por lo que su manejo y transporte se dificulta, así como también su disposición final debido al gran volumen que este ocupa. Adicionalmente, los componentes químicos y microbiológicos de estos lodos condicionan su aprovechamiento, por lo que también estos parámetros deben ser sometidos a evaluación. Justificación Metodológica Debido a que las características de los lodos generados en las PTAP están relacionadas con el agua en tratamiento, es necesario tomar muestras del agua captada para su respectivo análisis y caracterización. La base del tratamiento consiste en eliminar la gran cantidad de agua que estos residuos presentan, ya que esto hace que su manejo y transporte sea difícil. Por tal motivo se construyen dos modelos de deshidratación, cuyo principio será el aprovechamiento de la energía solar con el fin de impulsar el uso de energías alternativas, donde los principios técnicos, ambientales, tecnológicos y económicos no serán un impedimento para una posible implementación en la planta de tratamiento que forma parte de este estudio.

3 Justificación Práctica. Los lodos generados en las PTAP no tienen un adecuado manejo, tratamiento y disposición final. Generalmente, se toman medidas temporales de manejo que a futuro provocan problemas adicionales como retrasos en la producción de agua potable y sanciones por parte de organismos de control ambiental. Es necesario resaltar que la gestión y tratamiento de este tipo de residuos no solo conlleva un beneficio ambiental, sino también a un beneficio administrativo y económico. Si estos lodos pueden ser aprovechados como materia prima o en la optimización de la dosificación del coagulante en las mismas plantas de tratamiento, la valorización de este residuo sería importante, tanto en la recirculación y optimización del proceso como en el aprovechamiento en otras aplicaciones prácticas. El contar con un manual de manejo de lodos generados en plantas de tratamiento de agua potable que sirva de base para una mejor gestión de este residuo y para toma de decisiones en cuanto al tratamiento, manejo y disposición final de lodos que se producirá en una determinada planta de potabilización de agua, beneficiará tanto a la empresa encargada de la producción de agua potable, como al personal de planta y a la población en general.

4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN Objetivo General Proponer un plan de tratamiento, manejo y disposición de los lodos generados en las plantas de tratamiento de agua potable. Objetivos Específicos Caracterizar los lodos generados en una planta de tratamiento de agua potable local. Establecer alternativas de tratamiento y disposición final de los lodos generados en las plantas de tratamiento de agua potable. Presentar un manual de manejo de lodos generados en las plantas de tratamiento de agua potable.

5 CAPÍTULO 1 1. PRODUCCIÓN DE AGUA POTABLE 1.1. PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE Las diversas actividades del ser humano como la ganadería, agricultura, industria, y recreacionales han provocado que la calidad del agua cruda se vea afectada debido a las descargas de contaminantes que incluyen sustancias químicas y microbiológicas, que además deterioran sus características estéticas. Para hacer frente a este problema, es necesario someter al agua a una serie de operaciones y procesos unitarios, a fin de purificarla o potabilizarla para que pueda ser consumida por los seres humanos. Una operación unitaria es un proceso químico, físico o biológico mediante el cual las sustancias no deseables que contiene el agua son removidas o transformadas en sustancias inocuas y en función de estos procesos existen diferentes tipos de plantas de tratamiento. 1.1.1 TIPOS DE PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE. Las plantas de tratamiento de agua se pueden clasificar de acuerdo con el tipo de procesos que las conforman en: i) plantas de filtración rápida y, ii) plantas de filtración lenta. También se pueden clasificar de acuerdo con la tecnología usada, en: i) plantas convencionales antiguas, ii) plantas convencionales de tecnología apropiada y, iii) plantas de tecnología importada o de patente (Vargas, 2006); o a su vez se considera el espacio físico disponible: i) plantas de tratamiento convencional y ii) plantas de tratamiento de agua potable tipo paquete.

6 1.1.1.1. Plantas de filtración Rápida Estas plantas se denominan así porque los filtros que las integran operan con velocidades altas, entre 80 y 300 m 3 /m 2.d, de acuerdo con las características del agua, del medio filtrante y de los recursos disponibles para operar y mantener estas instalaciones. (Vargas, 2006) Como consecuencia de las altas velocidades con las que operan los filtros, estos se llenan en un lapso de 40 a 50 horas en promedio. (Luciano Sandova Y, 1998) Por lo que es necesario aplicar un retrolavado o lavado ascensional de la unidad durante un lapso de 5 a 15 minutos (dependiendo del tipo de sistema de lavado) para aliviar el medio filtrante devolviéndole su porosidad. De acuerdo con la calidad del agua a tratar, se presentan dos soluciones dentro de este tipo de plantas: i) plantas de filtración rápida completa y, ii) plantas de filtración directa. (Vargas, 2006) Fotografía 1-1: Planta de filtración rápida Fuente: ProductosVirtuales, 2008

7 1.1.1.1.1 Plantas de filtración rápida completa Una planta de filtración rápida completa normalmente está integrada por los procesos de coagulación, sedimentación, filtración y desinfección. El proceso de coagulación se realiza en dos etapas: primero una fuerte agitación del agua para obtener una dispersión instantánea de la sustancia coagulante en toda la masa de agua (mezcla rápida) seguida de una agitación lenta para promover la rápida aglomeración y crecimiento del floculo (etapa de floculación). La coagulación tiene la finalidad de mejorar la eficiencia de remoción de partículas coloidales en el proceso de sedimentación (sedimentación de partículas floculentas). De acuerdo con las investigaciones realizadas por la Agencia de Protección Ambiental (EPA) de los Estados Unidos, el filtro debe producir un efluente con una turbiedad menor o igual a 0,10 NTU para garantizar que esté libre de huevos de parásitos (Giardia, Cryptosporidium, etcétera). Para lograr esta eficiencia en la filtración, es necesario que los decantadores produzcan un agua con 2 NTU como máximo. (Vargas, 2006) 1.1.1.1.2. Plantas de filtración directa. Es una alternativa de filtración rápida, constituida por los procesos de mezcla rápida y filtración, apropiada solo para aguas claras. Son ideales para este tipo de solución las aguas provenientes de embalses o represas, que operan como grandes pre sedimentadores y proporcionan aguas constantemente claras y poco contaminadas. Cuando la fuente de abastecimiento es confiable, en la que la turbiedad del agua no supera de 10 a 20 NTU el 80% del tiempo, y no supera 30 NTU ni 25 UTC el

8 90% del tiempo, se puede considerar la alternativa de emplear filtración directa descendente. (Luciano Sandova Y, 1998) Esta es la alternativa más restringida de todas en cuanto a la calidad de agua que se va a tratar. (Vargas, 2006) Fotografía 1-2 Planta de filtración directa Fuente: Industrias Directy 2009 1.1.1.2. Plantas de filtración Lenta En estas plantas los filtros lentos operan con tasas que normalmente varían entre 0,10 y 0,30 m/h; esto es, con tasas como 100 veces menores que las tasas promedio empleadas en los filtros rápidos. También se les conoce como filtros ingleses, por su lugar de origen. (Vargas, 2006) Los filtros lentos simulan los procesos de tratamiento que se efectúan en la naturaleza en forma espontánea, al percolar el agua proveniente de las lluvias, ríos y lagunas, a través de los estratos de la corteza terrestre, atravesando capas de grava, arena y arcilla hasta alcanzar los acuíferos o ríos subterráneos. Al igual

9 que en la naturaleza, los procesos que emplean estos filtros son físicos y biológicos. Una planta de filtración lenta puede estar constituida solo por filtros lentos, pero dependiendo de la calidad del agua, puede comprender los procesos de desarenado, pre sedimentación, sedimentación, filtración gruesa o filtración en grava y filtración lenta. Los procesos previos al filtro lento tienen la función de acondicionar la calidad del agua cruda a los límites aceptables por el filtro lento. Con el tren de procesos indicados se puede remover hasta 500 NTU, teniendo en cuenta que el contenido de material coloidal no debe ser mayor de 50 NTU; es decir, que la mayor parte de las partículas deben estar en suspensión para que sean removidas mediante métodos físicos. (Vargas, 2006) 1.1.1.3. Sistema de tratamiento de Agua Potable Tipo Convencional Este tipo de sistema es el más antiguo en nuestro medio. Se ha venido utilizando desde principios del siglo pasado (1910 1920). Se caracteriza por la gran extensión que ocupan las unidades, principales el decantador rectangular de flujo horizontal, el cual normalmente se diseña con tasas comprendidas entre 10 y 60 m 3 /m 2.d. (Vargas, 2006) Para mejorar el funcionamiento de los sistemas convencionales, se fueron agregando equipos mecánicos y actualmente la mayor parte de estos sistemas son mixtos, es decir, están constituidos por unidades hidráulicas y mecánicas. (Luciano Sandova Y, 1998) Inicialmente estas plantas carecían de mezcladores y se les agregó retromezcladores. Los floculadores pueden ser hidráulicos o mecánicos, los decantadores rectangulares de flujo horizontal y en algunos casos devuelta en U.

10 Esquema. 1-1: Sistema de tratamiento de agua potable tipo Convencional. Red de distribución Bombas Tanque de almacenamiento Preoxidación Desinfección Filtración Coagulante Sedimentación Floculación Cribado Obra de toma Bombas Coagulación Fuente: Calidad del Agua y Laboratorio-EPN 1.1.1.4. Plantas de tecnología Apropiada Las plantas de tecnología apropiada son sistemas adaptados a las necesidades de tratamiento del agua cruda a fin de potabilizar el agua para lo cual la tecnología facilita las operaciones de tratamiento. Corresponden a esta clasificación sistemas de tratamiento de agua normalmente muy antiguos, constituidos por las siguientes unidades: Pre tratamiento Desarenadores Pre sedimentadores o embalses. Tratamiento Unidades de medición del caudal. Floculación hidráulica o mecánica. Decantadores rectangulares de flujo horizontal. Filtros de tasa constante sin mayor equipamiento. Desinfección generalmente mediante cloración directa o al vacío.

11 Generalmente no tienen el proceso de mezcla rápida de tipo hidraulica, se ha agregado mezcla mecánica a partir de que los resultados de las investigaciones efectuadas indicaron su decisiva influencia en la eficiencia de todo el sistema de tratamiento. Fotografía 1-3 Planta de tecnología Apropiada Fuente: Scryscraper, 2008 1.1.1.5. Plantas de tecnología Importada Las plantas de tratamiento patentadas o de tecnología importada no son una solución recomendable para nuestro medio, pero existen en regular cantidad en muchos países de América Latina, y su funcionamiento, por lo general, es muy defectuoso, debido principalmente a los escasos recursos económicos disponibles para darles un adecuado mantenimiento y a la falta de personal calificado para garantizar la correcta operación. (Vargas, 2006) Debido al deterioro de las fuentes de abastecimiento, es imperiosa la necesidad de mejorar la calidad del tratamiento del agua en los sistemas existentes, por lo que en un esfuerzo para mejorar el nivel de los operadores de este tipo de plantas.

12 Esquema. 1-2: Planta de tecnología Importada Fuente: Textos Científicos, 2007 1.1.1.6. Sistema de Tratamiento de agua Potable tipo Paquete En las plantas de tratamiento de agua potable tipo paquete, las etapas de tratamiento como son: floculación, sedimentación, filtración y desinfección, vienen en un solo equipo, el cual trabaja de manera independiente y continua. En la etapa de floculación se usa un polímero para fortalecer los flóculos, aumentar su tamaño y facilitar su sedimentación. El agua clara pasa a la etapa de filtración donde primero pasa por un filtro de arena que remueve los sedimentos que en las etapas anteriores no alcanzaron a ser removidos para luego continuar a los filtros de carbón donde se elimina el olor y sabor para finalmente circulara a la etapa de desinfección donde se elimina todos los microorganismos con la inyección de cloro y luz ultravioleta. (Alquiser, 2002).

13 Fotografía 1-4: Planta de tratamiento de agua potable tipo paquete Fuente: EPMAPS (2011) 1.1.2 PROCESOS DE TRATAMIENTO Las plantas de tratamiento de agua potable, por lo general llevan un lineamiento en común, las cuales varían de acuerdo a la procedencia del agua cruda. De los principales procesos de tratamiento en una Planta de Tratamiento de Agua Potable (PTAP). Pre tratamiento Coagulación-floculación Sedimentación. Filtración Desinfección A continuación se detalla cada uno de los procesos citados anteriormente, de tal modo que se entienda en que proceso se forman los lodos y las características que presentan los mismos. 1.1.2.1. Pre Tratamiento La primera operación de pre tratamiento consiste en la eliminación de los sólidos de gran tamaño que pueda contener el agua en el punto de captación, por ejemplo hojas o ramas de árbol, piedras, etc. Para ello, se utilizan rejas y/o

14 tamices que retienen los sólidos. Cuando el contenido en arenas y sólidos similares en suspensión es elevado, se emplean canales desarenadores en los que los sólidos sedimentan por gravedad. Posteriormente, el agua suele someterse a un proceso de aireación, dejando caer el agua en una cascada, cuyo objetivo es incrementar la proporción de oxígeno disuelto, facilitando la depuración por medio de bacterias aerobias. En el pre tratamiento es habitual incluir una oxidación primaria, por ejemplo con dióxido de cloro (ClO 2 ), cuyo objetivo principal es destruir las sustancias orgánicas, actuando también como etapa de pre desinfección. 1.1.2.2. Mezcla Rápida Se denomina mezcla rápida a las condiciones de intensidad de agitación y tiempo de retención que debe reunir la masa de agua en el momento en que se dosifica el coagulante. Coagulación Antes entrar a la etapa de sedimentación, se ajusta el ph mediante la adición de ácidos (clorhídrico, sulfúrico) o de alcalis (hidróxido sódico, hidróxido cálcico) y se añaden al agua agentes coagulantes (sales de hierro o aluminio), que dan lugar a cationes multivalentes con cargas positivas que compensan la carga negativa de las partículas coloidales y por lo tanto eliminan las fuerzas de repulsión entre ellas, facilitando su coalescencia para dar lugar a partículas de mayor tamaño. 1.1.2.3.Floculación El proceso de floculación que sigue a la coagulación, consiste de ordinario en una agitación suave y lenta, se añaden agentes floculantes (polielectrolitos) con el fin de aglutinar las partículas formadas en la coagulación para dar lugar a la

15 formación de flóculos de mayor tamaño, que se separan más fácilmente en la etapa posterior de sedimentación, al descender a mayor velocidad. (Ramirez, 2008). 1.1.2.4. Sedimentación En esta etapa los flóculos formados por la acción de los agentes coagulantes y floculantes sedimentan en tanques de forma circular o rectangular, obteniéndose por la parte superior el agua clarificada y extrayéndose por el fondo una corriente de lodos que contienen los flóculos. Una variante es la denominada sedimentación lastrada, en la que se utilizan partículas de arena para incrementar el peso y tamaño de los flóculos, aumentando la velocidad de sedimentación y reduciendo el tiempo de esta operación. 1.1.2.5. Filtración El agua sobrenadante de la etapa de sedimentación, se somete a filtración, la cual consiste en hacer pasar el agua, que todavía contiene materias en suspensión no separadas en la sedimentación, a través de un lecho filtrante que permite el paso del líquido pero no el de las partículas sólidas, las cuales quedan retenidas en el medio filtrante. Los medios filtrantes más utilizados son la arena y el carbón activo granular. En el caso de utilizar este último material filtrante, además de la retención de las partículas sólidas, se produce la eliminación por adsorción de sustancias orgánicas, evitando la existencia de olores y sabores en el agua filtrada. También existen otros tipos de lechos como es el caso de membranas filtrantes que pueden ser de plástico o de metal. (Ramirez, 2008)

16 1.1.2.6. Desinfección La etapa final del proceso de potabilización de aguas de consumo humano es siempre la desinfección. Se trata de la etapa de mayor importancia ya que ha de garantizar la eliminación de microorganismos patógenos que son responsables de gran número de enfermedades como tifus, cólera, hepatitis, gastroenteritis salmonelosis, etc. La desinfección puede conseguirse mediante tratamiento con productos químicos o mediante aplicación de radiación. La cloración es el procedimiento químico más utilizado para desinfectar el agua, y consiste en utilizar cloro o alguno de sus derivados, como los hipocloritos de sodio o de calcio. Sin embargo, existen otros compuestos que usan con este fin como el Dióxido de Cloro y el Ozono. 1.1.3 OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO La operación adecuada de las plantas de tratamiento es fundamental para garantizar la producción continúa de agua potable. El operador de planta tiene la responsabilidad de desarrollar las actividades de operación y asegurar la eficiencia de la planta de tratamiento. La operación de una planta determina las características específicas de sus instalaciones, la calidad del agua y el caudal a tratar. (Scribd.inc, 2010) En general las actividades de operación se clasifican en: Regulación de caudales. Dosificación de los productos químicos Control de procesos. Lavado de filtros y purga de lodos Operación de equipo electromecánico.

17 1.1.3.1. Regulación de caudales. La planta de tratamiento y cada una de sus unidades de tratamiento tienen una capacidad determinada en el diseño. Si el caudal que entra a la planta o a una de sus unidades sobrepasa su capacidad, el agua no sale bien tratada. El caudal se regula operando las válvulas o compuertas de entrada la altura o abertura debe estar definida para los caudales que se quieran tratar. (Scribd.inc, 2010) 1.1.3.2. Dosificación de los productos químicos Para el tipo de agua que llega a la planta debe realizarse una prueba de jarras para determinar la dosis óptima a aplicar, calcular la descarga del químico para todo el caudal de agua cruda y cuadrar equipos dosificadores para la descarga calculada. (Scribd.inc, 2010) 1.1.3.3. Control de procesos. El control de procesos se refiere a la verificación del buen funcionamiento de cada unidad de planta. Para ello se requiere realizar periódicamente las siguientes actividades: Toma de muestra de agua coagulada y observar en el equipo de jarras el tipo del flóculo que se forma y el tiempo de formación. Toma de muestra de agua floculada y observar el flóculo en formación. Toma de muestra de agua sedimentada, determinación de turbiedad, color, ph y alcalinidad. Toma de muestra de agua filtrada, determinación de turbiedad, color y ph. Toma de muestra de agua clorada, determinación residual de cloro. (Scribd.inc, 2010)

18 1.1.3.4. Lavado de filtros y purga de lodos. Los filtros deben lavarse periódicamente para asegurar la calidad del agua filtrada. Esta labor exige un especial cuidado con el fin de no producir daños en el filtro y/o en el agua tratada. El lavado de un filtro se determina bajo los siguientes criterios: El tiempo de trabajo del filtro. La calidad del agua filtrada. El nivel del agua dentro del filtro La purga de lodos se realiza en las unidades de sedimentación periódicamente para evitar acumulación exagerada que pueda afectar la eficiencia del tanque (Scribd.inc, 2010) 1.1.3.5. Operación y Mantenimiento de Equipos utilizados en el Tratamiento. Para un buen funcionamiento de la Planta de tratamiento de agua potable es necesario realizar una serie de operaciones antes de la puesta en marcha de la planta, para lo cual es muy importante reunir todos los recursos necesarios y seguir las actividades que la bibliografía consultada propone: Inspección preliminar del sistema. Operaciones iniciales: calibración de los dosificadores y del medidor de caudal. Llenado de la planta, simultáneamente con la desinfección de las estructuras y el inicio de la dosificación. Inicio de la dosificación: preparación de las soluciones de coagulante, cal, polímero e hipoclorito de calcio medición del caudal caracterización del agua cruda selección e implantación de las dosis óptimas de cada sustancia química requerida.

19 Lavado de los filtros, simultáneamente con la medición de la expansión de la arena, la calibración del vertedero de salida de la batería y la determinación del tiempo óptimo de lavado. Inicio de la poscloración. Instalación de la tasa declinante y control de la calidad del agua producida. Inicio del abastecimiento al sistema de distribución. Al conjunto de estas actividades se les puede catalogar como un pre mantenimiento ya que día a día se controla el manejo y por ende el estado de los equipos como dosificadores, en la cloración y polímero, así como también el cuidado de las unidades de tratamiento. El mantenimiento se lo da conforme a la calidad de agua cruda que ingresa, para ello el equipo de mantenimiento debe tener un cronograma establecido para el mantenimiento de válvulas y equipos. (Scribd.inc, 2010)

20 CAPÍTULO 2 2. LODOS RESIDUALES DE PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE La práctica usual de las plantas de tratamiento de agua potable (PTAP) que tratan las aguas superficiales por medio de los procesos de coagulación-floculaciónsedimentación, filtración y desinfección, es eliminar los lodos acumulados en los sedimentadores y en los filtros descargándolos directamente a cursos de agua superficiales, sin considerar que las características físicas y químicas de estos a menudo transgreden las normas relativas a descargas. A medida que los recursos hídricos se vuelven más escasos y las normas ambientales se tornan más estrictas en lo relativo a disposición de residuos, nace la necesidad de realizar investigaciones orientadas a tener un mayor conocimiento sobre las técnicas que pueden utilizarse para aumentar la cantidad de agua producida por m 3 de agua cruda y para el tratamiento de los lodos generados en el proceso. Su disposición sin tratamiento, origina la contaminación de fuentes superficiales o subterráneas y, puede hacer la tierra estéril dándole una apariencia erosionada cuando se abandona o agota el lugar. 2.1. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS LODOS Las características de los lodos generados en plantas de tratamiento de agua potable varían de una planta a otra, dependiendo de la calidad de agua cruda, del tratamiento recibido y de la época del año, sin embargo, poseen características básicas similares.

21 El lodo proveniente de potabilizadoras es un fluido no Newtoniano, voluminoso, de aspecto gelatinoso, compuesto principalmente por agua (más del 90%), hidróxido de aluminio, partículas inorgánicas (arcilla o arena), coloides, residuos de reactivos químicos añadidos durante el proceso de tratamiento, plancton, y materia orgánica e inorgánica removida del agua. Los lodos residuales de las plantas de tratamiento de agua están constituidos por sólidos suspendidos provenientes de los residuos de los procesos de coagulación-floculación, sedimentación y del retro lavado de los filtros. Generalmente tienen un contenido de sólidos en el rango de 3,000 a 15,000 mg/l. (Ramirez, 2008) Adicionalmente, estos lodos poseen una concentración de sólidos suspendidos correspondiente a valores entre 75 al 90% de los sólidos totales (ST), y la concentración de sólidos volátiles del 20 al 35% de los ST. En cuanto a la demanda bioquímica de oxígeno generalmente es de 30 a 100 mg/l.; y, el ph del lodo está en un rango de 5 a 7. (Ramirez, 2008) Cabe mencionar que el conocimiento de estas características es esencial para determinar su tratamiento y su disposición final, las mismas que pueden variar de una planta a otra. 2.2. PRODUCCIÓN DE LODOS El lodo que se obtiene después del tratamiento del agua para potabilizarla, está constituido por una gran cantidad de sólidos presentes en el agua cruda que, durante el proceso de tratamiento se mezcla con el químico utilizado como coagulante.

22 Generalmente en nuestro medio el coagulante común adicionado en el proceso de potabilización del agua es el sulfato de aluminio, el mismo que al ser añadido al agua cruda presenta la siguiente reacción: (2.1.) Cuando la reacción logra el equilibrio hace que el elemento predominante sea el hidróxido de aluminio, caso contrario se forma un compuesto complejo polimerizado que tiene de 3 a 4 moléculas de agua unidas al hidróxido de aluminio, que al unirse con el agua provoca el aumento en la producción de lodos, y por ende, un aumento en el volumen generado. Desaguar este material se hace bastante difícil, debido a que las moléculas de agua unidas químicamente no se pueden remover por métodos mecánicos normales. Los sólidos suspendidos presentes en el agua cruda producen un peso equivalente de sólidos en el lodo, ya que al reaccionar con el coagulante, son estos los que precipitan en forma de floc. Para determinar la cantidad de lodo que se produce en una planta de tratamiento que utiliza como coagulante el sulfato de aluminio para remover la turbiedad, se utiliza la siguiente ecuación: Dónde: S= lodo producido, Kg/día, base seca Q= gasto de agua cruda, m 3 /seg Al= dosis de sulfato de aluminio, mg/l. SS= sólidos suspendidos del agua cruda, mg/l A= productos químicos adicionales como polímero, etc., mg/l

23 Es importante destacar que en base a estudios similares se ha determinado que 1mg/l de sulfato de aluminio agregado para el tratamiento de agua cruda, producirá 0,44 mg/l de sólidos inorgánicos de aluminio. (Ramirez, 2008) 2.3. TRATAMIENTO DE LODOS El tratamiento de lodos generados en el proceso de potabilización del agua es más simple que aquel necesario en los lodos provenientes de aguas servidas debido al menor contenido de materia orgánica degradable, lo cual, generalmente, elimina una etapa de estabilización biológica. El objetivo principal en el tratamiento de los lodos de plantas potabilizadoras es producir un lodo con una concentración de sólidos que pueda facilitar su manejo y disposición. Para reducir el volumen total de lodos a disponer se puede aplicar alguna de las alternativas como: Acondicionamiento Químico Tanques de espesamiento Deshidratación Esquema 2-1: línea de manejo de lodos de una PTAP Fuente:(Cavanelas. & Jimenez, 2006) Elaborado por: (Martínez, 2011)

24 2.3.1. HOMOGENIZACIÓN Y ACONDICIONAMIENTO QUÍMICO La homogenización es un proceso en el que se realiza una mezcla de las sustancias presentes en el lodo para que se unifique la consistencia del residuo de tal forma que el tratamiento sea más fácil y efectivo. El acondicionamiento químico consiste en utilizar agregados que reaccionan con el lodo producido para facilitar la separación del líquido y sólidos. Uno de los más usados es la adición de coagulantes, como cloruro férrico, cal o polímeros orgánicos. También se le ha dado uso como agente acondicionador a la ceniza producida en la incineración de los lodos. (CAPAC, 2008) La importancia de la optimización de la dosis de polímero utilizada para el acondicionamiento de un lodo antes de la deshidratación, radica principalmente en los cambios de las características del lodo, un polímero inicialmente seleccionado puede ser ineficiente posteriormente, por lo que es importante experimentar el uso del polímero, para garantizar una eficiente y económica separación líquido / sólido. 2.3.2. ESPESAMIENTO El espesamiento consiste en utilizar técnicas que ayuden a eliminar un porcentaje de agua en primer plano. Tiene lugar con mayor frecuencia en decantadores, ya sea por gravedad o por flotación. 2.2.2.1 Espesamiento por Gravedad El espesamiento por gravedad suele realizarse en decantadores estáticos circulares o rectangulares provistos de rasquetas que arrastran el lodo precipitado hacia las arquetas de recogida y el agua decantada clarificada se extrae por los vertederos situados en la parte superior. A veces, los decantadores por gravedad, pueden disponer de láminas que al aumentar la superficie de sedimentación

25 permiten reducir el volumen del decantador, obteniendo los mismos o mejores resultados en el espesamiento. Esquema. 2-1: Espesamiento por Gravedad Fuente: (Ramirez, 2008) 2.2.2.2 Espesamiento por Flotación El espesamiento por flotación, aprovecha la flotabilidad de las partículas (flóculos) cuando se les adhieren pequeñas burbujas de aire. Para la adherencia de estas burbujas de aire, se presuriza directamente la mezcla de lodos con aire, a una presión de 5,92 atm y se descomprime después a la entrada del flotador o también se puede presurizar directamente agua clarificada que se inyecta después en el propio lodo. El lodo flotado y espesado es retirado de la superficie mediante frasquetas superficiales. El espesamiento del lodo, fundamentalmente en la flotación, se ve favorecido mediante el empleo del poli electrolito adecuado.

26 Esquema. 2-2: Espesamiento por flotación Fuente: (Cavanelas. & Jimenez, 2006) 2.3.3. DESHIDRATACIÓN La deshidratación contempla la reducción del volumen de los lodos, para lo cual el principio es eliminar la cantidad de líquido presente. La deshidratación puede producirse de manera natural (mediante lechos de secado, secado solar), durante un largo periodo de tiempo. También se puede utilizar máquinas de proceso como los filtros prensa o centrífugas, que acortan el tiempo de deshidratado, pero manejan cantidades más pequeñas de lodo y, adicionalmente, son alternativas más costosas. Para una buena deshidratación, el tamaño y firmeza de los aglomerados del lodo son un factor importante, de manera que el lodo permanezca poroso durante la compresión. Se suele utilizar floculantes para alcanzar mayores niveles de materia seca en las maquinas de deshidratación. Para la elección de la opción del proceso más apropiado de deshidratación es importante la consideración de condiciones limitantes como: Cantidad de lodo Estructura del lodo

27 Regulaciones Disponibilidad de espacio Personal 2.3.3.1. Métodos de deshidratado Los sistemas de deshidratación más utilizados son: Secado Natural Lechos de Secado Centrifugación Filtros al Vacío Filtros Prensa Filtros Banda 2.3.3.1.1. Sistema De Secado Natural Los sistemas de secado natural tienen como principal ventaja el costo de su implementación, siempre que se disponga del área suficiente. Tienen un bajo consumo de energía y de productos químicos, una baja sensibilidad a las variaciones cuantitativas y cualitativas del lodo y simplicidad de operación. Son apropiados para plantas pequeñas o aisladas dadas sus altas exigencias de superficie. Sus desventajas son una alta dependencia de las condiciones climáticas y un alto requerimiento de mano de obra para la remoción del lodo. En las lagunas, el secado de los lodos se realiza por la separación del sobrenadante y aguas lluvias y, principalmente, por la evaporación. La carga óptima de aplicación de sólidos (kg/m 2 ) en función de la concentración de sólidos y profundidad óptima de aplicación del lodo en el lecho, depende de la resistencia específica a la filtración del lodo. (Garcés Arancibia Fernando, 2004).