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ESPESAMIENTO Y DESHIDRATACION PARCIAL DE LODOS MUNICIPALES E INDUSTRIALES Jaime Bengoechea Ashbrook Corporation 11600 East Hardy, Houston, TX 77093, USA Tel (281)-449-0322, Fax (281)-449-1324 Presentado en el XXVI Congreso Internacional de AIDIS en Noviembre de 1998, Lima, PERU ABSTRACTO Una de las facetas más importantes en las plantas de Tratamiento de Aguas Residuales, de Tratamiento de Agua Potable, y Tratamiento de Aguas Industriales es la reducción del volumen de los lodos generados en los sistemas de clarificación de las plantas para reducir los costos de desecho de los mismos. La tecnología de espesadores y filtros prensa de banda continua han proporcionado en los últimos 15 años un medio compacto y eficiente para reducir estos volúmenes en un 85-95%. Los procesos de espesamiento y deshidratación parcial en los espesadores y filtros prensa de banda continua requieren que los lodos sean acondicionados con un polielectrolitro (polímero). Esto es necesario para desestabilizar la carga eléctrica de los sólidos en suspensión, seguido por el proceso de floculación. Una vez que los sólidos han sido floculados, el lodo acondicionado es alimentado a los espesadores o filtros prensa de banda continua. Este documento explicará con detalles los mecanismos de funcionamiento de los espesadores y filtros prensa de banda continua para aplicaciones en plantas de Tratamiento de Aguas Residuales, en plantas de Agua Potable, y plantas de Tratamiento de Aguas Industriales. Adicionalmente, se presentará una tabla de rendimiento para diferentes tipos de lodos y resultados de plantas piloto realizados en varias instalaciones en Estados Unidos. PALABRAS CLAVES Lodos, polímero, espesamiento, deshidratación, mezcla, torta. INTRODUCCION Los costos asociados con la disposición de lodos generados en diversas plantas municipales e industriales han siempre consumido una parte considerable del presupuesto de operación de las mismas. Basado en esas premisas, los espesadores y filtros prensa de banda emergieron al comienzo de la década de 1980 con el fin de reducir los volúmenes de lodos generados en las plantas para minimizar al máximo los costos asociados con la disposición de estos

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Este documento explicará extensivamente la teoría de floculación de lodos con soluciones poliméricas, los sistemas disponibles para preparar soluciones poliméricas, el funcionamiento de los espesadores tipo banda, el funcionamiento de los filtros prensa tipo banda, los rendimientos obtenidos en plantas municipales e industriales, y las reducciones de volúmenes obtenidas con el uso de esta tecnología.

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Espesamiento y Deshidratación Parcial de Lodos Municipales e Industriales XXVI Congreso de la Asociación Interamericana de Ingeniería Sanitaria y Ciencias Ambientales Página 2/18, 31 de Julio de 1998 PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES La figura #1 ilustra una planta típica de tratamiento de aguas residuales con digestión anaerobia.

FIGURA #1. PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES CON DIGESTION ANAEROBIA

AGUAS RESIDUALES

REJILLAS

DESARENADORES CLARIFICADORES PRIMARIOS

CAMARAS DE AERACION

CLARIFICADORES SECUNDARIOS

GAS DIGESTORES ANAEROBIOS

TANQUE DE EQUALIZACION DE LODOS

ESPESADORES DE LODOS

FILTRADO O SOBRENADANTE FILTROS PRENSA DE BANDA LODOS DESHIDRATADOS POLIMERO FILTRADO

La función de los espesadores de banda en este esquema es espesar los lodos sedimentados en los clarificadores secundarios de un 0.6-0.8% a un 5-6% base seca. De esta manera se reduce considerablemente los tamaños del tanque de homogenización de lodos y de los digestores anaerobios. El filtrado de los espesadores de banda es reciclado a la entrada de la planta o al influente de los clarificadores primarios. Una vez que los lodos han sido estabilizados en los digestores, los lodos digeridos son deshidratados en filtros prensa de banda de un 2.5-5% a un 19-22%. La torta generada es descargada a una correa transportadora, transportador de tornillo sin fin, o directamente a camiones que acarrean el lodo deshidratado a un relleno sanitario. El filtrado de los filtros prensa de banda es reciclado al influente de la planta o al influente de los clarificadores primarios.

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Espesamiento y Deshidratación Parcial de Lodos Municipales e Industriales XXVI Congreso de la Asociación Interamericana de Ingeniería Sanitaria y Ciencias Ambientales Página 3/18, 31 de Julio de 1998 PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE La figura #2 ilustra una planta típica de tratamiento de agua potable para remover color u otras impurezas.

FIGURA #2. PLANTA DE AGUA POTABLE (REMOVER COLOR)

SULFATO DE ALUMINIO/HIERRO

AGUA DE LAGO, RIO, O RESERVORIO COAGULACION

CLORO

TANQUES DE SEDIMENTACION

TANQUES DE ALMACENAMIENTO FILTROS RETROLAVADO DE FILTROS

SOBRENADANTE

CLARIFICADOR

SOBRENADANTE

POLIMERO

ESPESADORES DE LODOS FILTRADO

FILTROS PRENSA TIPO BANDA POLIMERO

LODOS DESHIDRATADOS

Generalmente, en este tipo de planta el agua proviene de un cuerpo aquático superficial como un río, lago o reservorio. La reacción generada al añadir sulfato de aluminio o sulfato de hierro produce un precipitado de hidróxido de aluminio [Al (OH3)] o hidróxido de hierro [Fe (OH)3] que intermitentemente es descargado al espesador de gravedad para ser combinados con los sólidos provenientes del clarificador de la corriente de retrolavado de los filtros de arena/antracita. Los lodos espesados son enviados a los filtros prensa de banda para deshidratarlos de un 2-7% a un 20-35%. La torta generada es descargada a una correa transportadora, transportador de tornillo sin fin, o directamente a camiones que acarrean el lodo deshidratado a un relleno sanitario. El filtrado de los filtros prensa de banda es reciclado al influente del espesador de lodos.

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Espesamiento y Deshidratación Parcial de Lodos Municipales e Industriales XXVI Congreso de la Asociación Interamericana de Ingeniería Sanitaria y Ciencias Ambientales Página 4/18, 31 de Julio de 1998 La figura #3 ilustra una planta de agua potable que principalmente reduce la dureza del agua.

FIGURA #3. PLANTA DE AGUA POTABLE (REDUCCION DE DUREZA)

CAL

DIOXIDO DE CARBONO

CARBONATO DE SODIO

AGUA SUBTERRANEA O DE SUPERFICIE

FLOCULADORES CLARIFICADORES

CLORO AGUA DE BAJA DUREZA A TANQUES DE ALMACENAMIENTO

RECARBONACION

FILTROS RETROLAVADO DE FILTROS

SOBRENADANTE

CLARIFICADOR

SOBRENADANTE

POLIMERO

ESPESADORES DE LODOS FILTRADO

FILTROS PRENSA TIPO BANDA POLIMERO

LODOS DESHIDRATADOS

Generalmente, en este tipo de planta el agua proviene de cuerpos aquáticos subterráneos o superficiales. Estas aguas generalmente tienen un nivel alto de dureza (150-300 mg/l CaCO3). Al añadir cal (CaO) y carbonato de sodio (Na2CO3) a estas aguas, la reacción química produce un precipatado compuesto de carbonato de calcio (CaCO3) e hidróxido de magnesio [Mg (OH2] que intermitentemente es descargado al espesador de gravedad para ser combinados con los sólidos provenientes del clarificador de la corriente de retrolavado de los filtros de arena/antracita. Los lodos espesados son enviados a los filtros prensa de banda para deshidratarlos de un 5-10% a un 40-50%. La torta generada es descargada a una correa transportadora, transportador de tornillo sin fin, o directamente a camiones que acarrean el lodo deshidratado a un relleno sanitario. El filtrado de los filtros prensa de banda es reciclado al influente del espesador de lodos.

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Espesamiento y Deshidratación Parcial de Lodos Municipales e Industriales XXVI Congreso de la Asociación Interamericana de Ingeniería Sanitaria y Ciencias Ambientales Página 5/18, 31 de Julio de 1998 PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS INDUSTRIALES La figura #4 ilustra una planta típica de tratamiento de aguas industriales (Industria de Químicos Especializados, Industria Farmaceutica, Fábricas de Embotellamiento de Bebidas, Industria Cervecera) con digestión aerobia.

FIGURA #4. PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS INDUSTRIALES CON DIGESTION AEROBIA

AGUAS INDUSTRIALES

REJILLAS

DESARENADORES CAMARAS DE AERACION

CLARIFICADORES SECUNDARIOS

DIGESTORES AEROBIOS

ESPESADORES DE LODOS

FILTRADO O SOBRENADANTE FILTROS PRENSA DE BANDA LODOS DESHIDRATADOS POLIMERO FILTRADO

La función de los espesadores de banda en este esquema es espesar los lodos sedimentados en los clarificadores secundarios de un 0.6-0.8% a un 3-4% base seca. De esta manera se reduce considerablemente los tamaños de los digestores aerobios. El filtrado de los espesadores de banda es reciclado al influente de la planta. Una vez que los lodos han sido estabilizados en los digestores, los lodos digeridos son deshidratados en filtros prensa de banda de un 1.5-2.5% a un 13-16%. La torta generada es descargada a una correa transportadora, transportador de tornillo sin fin, o directamente a camiones que acarrean el lodo deshidratado a un relleno sanitario. El filtrado de los filtros prensa de banda es reciclado al influente de la planta.

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Espesamiento y Deshidratación Parcial de Lodos Municipales e Industriales XXVI Congreso de la Asociación Interamericana de Ingeniería Sanitaria y Ciencias Ambientales Página 6/18, 31 de Julio de 1998 ACONDICIONAMIENTO DE LODOS Descripción General. Antes de espesar o deshidratar los lodos, es necesario acondicionar los lodos con uno o dos polímeros para desestabilizar la carga eléctrica de los sólidos en suspensión, y eventualmente completar el proceso de floculación. El proceso de floculación permite incrementar el tamaño del flóculo compuesto por varias partículas para facilitar el paso del agua entre los flóculos y la banda porosa. Los polímeros son cadenas largas de monómeros fabricados con cargas catiónicas, aniónicas, o neutrales en forma seca o líquida. Los pesos moleculares varían entre 200,000 y 20,000,000 g/mol. Durante su fabricación, las moléculas del polímero son enrolladas en forma de espiral para concentrar al máximo el número de moléculas en el producto. La tabla que sigue ilustra los precios de lista actuales en Estados Unidos para diferentes tipos de polímeros y las concentraciones recomendadas para preparar las soluciones de polímeros antes de ser mezcladas con los lodos: Tipo de Polímero Seco (90-100% activo)aa Líquido (20-75% activo)aa Mannich (3-7% activo)aa

Precio de Lista ($/kg :: $/lb) 3.30-5.50 :: 1.50-2.50 1.54-3.52 :: 0.70-1.60 0.13-0.22 :: 0.06-0.10

Concentración (%, wt) 0.05-0.5 0.1-0.6 0.5-5%

aa = porcentaje de ingrediente activo Para la mayoría de los lodos generados en plantas de Tratamiento de Aguas Residuales e Industriales, los polímeros utilizados son catiónicos (carga positiva) debido a carga negativa de los sólidos en suspensión. Sin embargo, en las plantas de Tratamiento de Agua Potable la mayoría de los polímeros utilizados son aniónicos (carga negativa) debido a la adición de sales como el sulfato de aluminio y sulfato de hierro. Preparación del Polímero. Antes de aplicar el polímero, es necesario prepararlo en soluciones de bajas concentraciones para poder dispersalo eficientemente. El mercado actual ofrece tres tipos de sistemas de preparación de polímero:

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Espesamiento y Deshidratación Parcial de Lodos Municipales e Industriales XXVI Congreso de la Asociación Interamericana de Ingeniería Sanitaria y Ciencias Ambientales Página 7/18, 31 de Julio de 1998 (a) Sistema Compacto de Preparación de Polímero Líquido:

FIGURA #5. SISTEMA DE MEZCLA DE POLIMERO LIQUIDO COMPACTO DILUCION SECUNDARIA

ROTAMETRO POLIMERO ACTIVADO

DILUCION PRIMARIA

MOTOR MEZCLADOR ESTATICO

CAMARA DE ACTIVACION ROTAMETRO

AGUA POTABLE

POLIMERO ACTIVADO

BOMBA DE DIAFRAGMA

TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE POLIMERO LIQUIDO

POLIMERO CONCENTRADO

El sistema en la figura #5 funciona de la siguiente manera: El polímero concentrado es mezclado primariamente con agua potable en una cámara de activación con una turbina que rota a altas velocidades y diluye el polímero concentrado a concentraciones entre 0.5-1%. Una vez que la solución sale de la cámara de activación, la solución de polímero activado puede ser diluida con agua y pasar a través de un mezclador estático para reducir la concentración entre 0.1-0.5% antes de ser aplicada a los lodos. La desventaja de este sistema es que no proporciona los 30-45 minutos requiridos para desenrollar las moléculas de polímero en su totalidad.

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Espesamiento y Deshidratación Parcial de Lodos Municipales e Industriales XXVI Congreso de la Asociación Interamericana de Ingeniería Sanitaria y Ciencias Ambientales Página 8/18, 31 de Julio de 1998 (b) Sistema de Tanques Alternos de Preparación de Polímero Seco o Líquido:

FIGURA #6. SISTEMA DE MEZCLA DE POLIMERO SECO O LIQUIDO CON TANQUES ALTERNADOS

AGUA POTABLE

POLIMERO SECO O LIQUIDO

TANQUES CON MEZCLADORES MECANICOS

POLIMERO ACTIVADO

POLIMERO ACTIVADO BOMBA DE CAVIDAD PROGRESIVA

El sistema ilustrado en la figura #6 funciona de la siguiente manera: Agua potable fluye a uno de los tanques hasta que alcanza un nivel pre-determinado que activa el mezclador. Después de un corto tiempo, el polímero líquido concentrado o seco es transportado al tanque para mezclarse con el agua por 30-45 minutos, una vez que el máximo nivel de la solución es alcanzado en el tanque. Una vez que la solución está lista, una válvula pneumátiva es activada para permitir el flujo de la solución a la bomba que alimenta el polímero que se mezcla con los lodos. Cuando el nivel de la solución de polímero baja ha cierto nivel pre-determinado, el tanque alterno comienza la operación descrita anteriormente. Los tanques se alternan mutuamente durante la operación.

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Espesamiento y Deshidratación Parcial de Lodos Municipales e Industriales XXVI Congreso de la Asociación Interamericana de Ingeniería Sanitaria y Ciencias Ambientales Página 9/18, 31 de Julio de 1998 (c) Sistema Híbrido de Preparación de Polímero Líquido:

FIGURA #7. SISTEMA HIBRIDO DE MEZCLA DE POLIMERO LIQUIDO DILUCION SECUNDARIA

ROTAMETRO

TANQUE DE REACCION DILUCION PRIMARIA

MOTOR

CAMARA DE ACTIVACION

TANQUE DE SERVICIO

ROTAMETRO MEZCLADOR ESTATICO

AGUA POTABLE

BOMBA DE DIAFRAGMA

TANQUE DE ALMACENAMIENTO DE POLIMERO LIQUIDO

POLIMERO ACTIVADO

POLIMERO CONCENTRADO

El sistema ilustrado en la figura #7 funciona de la siguiente manera: El polímero concentrado es mezclado primariamente con agua potable en una cámara de activación con una turbina que rota a altas velocidades y diluye el polímero concentrado a concentraciones entre 0.5-1%. Una vez que la solución sale de la cámara de activación, la solución de polímero activado pasa a un tanque de reacción equipado con un mezclador por un período de 30 a 45 minutos; el mezclador se apaga automaticamente. Cuando el nivel de la solución de polímero baja ha cierto nivel pre-determinado en el tanque de servicio, una válvula automática descarga el polímero activado del tanque de reacción al tanque de servicio. Después de un momento determinado, al vaciarse el tanque de reacción, el proceso descrito anteriormente se repite. La solución activada que sale del tanque de servicio puede ser diluida con agua y pasar a través de un mezclador estático para reducir la concentración de la solución a un 0.1-0.5% antes de ser aplicada a los lodos.

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Espesamiento y Deshidratación Parcial de Lodos Municipales e Industriales XXVI Congreso de la Asociación Interamericana de Ingeniería Sanitaria y Ciencias Ambientales Página 10/18, 31 de Julio de 1998 Selección de Polímero(s). La selección de polímeros para espesar o deshidratar lodos se realiza a través de una serie de pruebas de jarra con soluciones diluidas de diferentes polímeros. Antes de hacer estas pruebas, es necesario contactar a las compañias productoras de polímeros para verificar los costos y la disponibilidad de ciertas clases de polímero en el estado o país donde se encuentra el equipo. Tiempo de Retención Hidraúlica. El tiempo de reacción es el tiempo necesario para completar en su totalidad la floculación de los lodos. Generalmente, en las aplicaciones de deshidratación de lodos se diseñan varias posiciones en la tubería que transporta los lodos hasta el filtro prensa con el fin de tener un tiempo de retención hidraúlico variable entre los lodos y la solución de polímero. Estas posiciones son definidas a 15, 30, y 45 segundos al flujo máximo de diseño. La figura #8 ilustra este arreglo.

FIGURA #8: DIAGRAMA DE TIEMPO DE RETENCION HIDRAULICA

POLIMERO ACTIVADO

BOMBA DE POLIMERO

45 SEG 30 SEG 15 SEG

FILTRO PRENSA DE BANDA

FLUJO DE LODO CONECTOR

CONECTOR

MEZCLADOR DE ORIFICIO VARIABLE

Si no hay suficiente tubería para este arreglo, se provee un tanque de floculación para lograr el tiempo de reacción máximo. El las aplicaciones de espesamiento de lodos, los espesadores son equipado con un tanque diseñado para acomodar el tiempo de retención hidraúlico para completar el proceso de floculación.

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Espesamiento y Deshidratación Parcial de Lodos Municipales e Industriales XXVI Congreso de la Asociación Interamericana de Ingeniería Sanitaria y Ciencias Ambientales Página 11/18, 31 de Julio de 1998 Energía de Mezcla. La energía de mezcla es la energía necesaria para dispersar instantaneamente la solución de polímero en la corriente de lodos y promover el proceso de floculación. Si la energía no es suficiente, los flóculos se forman de una manera amorfa (flóculos grandes y pequeños) los cuales no permiten el flujo del agua entre los flóculos ya que las cavidades entre los flóculos grandes son taponeadas por los flóculos pequeños (favor ver la ilustración superior en la figura #9). Si la energía de mezcla es muy alta, los flóculos son destruidos disminuyendo las cavidades entre los flóculos para el flujo del agua (favor ver la ilustración inferior en la figura #9). Cuando la energía de mezcla es correcta, los flóculos crecen de una manera uniforme, incrementando el volumen de las cavidades entre los flóculos por las cuales el agua fluye facilmente (favor ver la ilustración en medio de la figura #9).

FIGURA #9. DIAGRAM DE ENERGIA DE MEZCLA

POLIMERO FLOCULOS GRANDES Y CHICOS FLUJO DE LODO

MEZCLADOR DE ORIFICIO VARIABLE

POCA ENERGIA

POLIMERO FLOCULOS UNIFORMES FLUJO DE LODO

MEZCLADOR DE ORIFICIO VARIABLE

ENERGIA CORRECTA

POLIMERO

FLUJO DE LODO

……….. ………... ……. MEZCLADOR DE ORIFICIO VARIABLE

MUCHA ENERGIA

FLOCULOS DESINTEGRADOS

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Espesamiento y Deshidratación Parcial de Lodos Municipales e Industriales XXVI Congreso de la Asociación Interamericana de Ingeniería Sanitaria y Ciencias Ambientales Página 12/18, 31 de Julio de 1998 ESPESADORES DE BANDA CONTINUA La figura #10 ilustra el proceso de espesamiento de lodos en un espesador de banda continua.

FIGURA #10. ESPESADOR TIPO BANDA

POLIMERO ACTIVADO

ZONA DE COMPRESION

ZONA DE GRAVEDAD FLUJO DE LODOS (5,000--30,000 mg/l) TANQUE DE FLOCULACION

CAMARA DE LAVADO DE BANDA

LAVADO DE BANDA

LODO ESPESADO (4-8%)

Descripción Mecánica. El espesador de banda consiste de un tanque de floculación, una banda porosa fabricada de poliester o nylon, una cámara de lavado de banda, 3 o 4 rodillos, zona de gravedad, escurridores de agua, sistema de alineamiento y tensionamiento de banda automático, mezclador de orificio variable, y zona de compresión. Descripción de Operación. El lodo es alimentado al espesador de banda con una bomba centrifuga o de desplazamiento positivo (sin que tenga flujo pulsante). El polímero activado es injectado en línea a través de un mezclador de orificio variable para acondicionar el lodo en tanque de floculación. El lodo acondicionado es descargado del tanque de floculación a la zona de gravedad donde la banda porosa se mueve a una velocidad promedio de 15-20 m/min. El agua liberada pasa entre los espacios creados por los flóculos y a través de la banda porosa. Los flóculos retenidos por la banda porosa se desplazan entre los escurridores hacia la zona de compresión aumentando la concentración de los mismos.

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Espesamiento y Deshidratación Parcial de Lodos Municipales e Industriales XXVI Congreso de la Asociación Interamericana de Ingeniería Sanitaria y Ciencias Ambientales Página 13/18, 31 de Julio de 1998 Al final de la zona de gravedad se encuentra la zona de compresión compuesta por una rampa móvil con ángulo ajustable, que acumula los lodos y los comprime para liberar más agua. La variación del ángulo de la rampa aumenta o disminuye la concentración final de los lodos. Beneficios. Los espesadores de banda continua son equipos compactos diseñados para espesar lodos de 0.4-5% a 4-12%. Los beneficios obtenidos son los siguientes: • Reducción del tamaño de los digestores aerobios o anaerobios. • Reducción de los costos de transporte si la planta no tiene equipos de deshidratación de lodos. • Reducción del costo de construcción ya que un espesador de banda continua ocupa menos área de superficie cuando es comparado con otras tecnologías de espesamiento de lodos. Los espesadores de banda son generalmente fabricados en varios tamaños para espesar diferentes cargas másicas e hidraúlicas: Ancho Effectivo de la Banda

Capacidad Hidraúlica (m3/hr :: gpm)

0.6-m 1.0-m 1.5-m 2.0-m 3.0-m

17.0-34.1 :: 75-150 34.1-68.2 :: 150-300 51.1-102 :: 225-450 68.2-136 :: 300-600 102-205 :: 450-900

Capacidad Másica (kg/hr :: lbs/hr), base seca) 170-500 :: 375-1,100 340-1,000 :: 750-2,200 510-1,500 :: 1,120-3,300 680-2,000 :: 1,500-4,400 1,020-3,000 :: 2,250-6,600

Aplicaciones. La tablas #1 denota el rendimiento que puede ser obtenido en las plantas de aguas residuales. Tabla #1. Rendimiento del espesador de banda con diferentes tipos de lodos en plantas de tratamiento de aguas residuales. Tipos de Lodos LP

Concentración Inicial (%TSS) 2.0-5.0

Concentración Final (%TSS) 8.0-12.0

Dosis de Polímero (kg/mton :: lbs/cton) 1.5-3.0 :: 3.0-6.0

LS LPS

0.4-1.5 1.0-2.5

4.0-6.0 6.0-8.0

3.0-5.0 :: 6.0-10.0 2.0-4.0 :: 4.0-8.0

LPSAN LSAN LSAR

2.0-4.0 1.5-3.0 1.0-2.5

6.0-8.0 5.0-7.0 5.0-7.0

3.0-5.0 :: 6.0-10.0 3.0-5.0 :: 6.0-10.0 3.0-5.0 :: 6.0-10.0

Carga Másica (kg/hr/m :: lbs/hr/m) 907-1,588 :: 2,0003,500 300-544 :: 660-1,200 680-1,090 :: 1,5002,400 591-795 :: 1,300-1,750 500-680 :: 1,100-1,500 500-680 :: 1,100-1,500

Carga Hidraúlica (m3/hr/m :: gpm/m) 31.8-45.4 :: 140-200 36.3-75.0 :: 160-330 43.6-68.0 :: 192-300 19.9-29.5 :: 87-130 22.6-33.3 :: 100-147 27.2-50.0 :: 120-220

where, LP = Lodos primarios mton = tonelada métrica (2,200 lbs) LS = Lodos secundarios cton = tonelada corta (2,000 lbs) LPS = Mezcla de lodos primarios y secundarios (1:1) LPSAN = Mezcla de lodos primarios y secundarios (1:1) digeridos anaerobiamente LSAN = Lodos secundarios digeridos anaerobiamente LSAR = Lodos secundarios digeridos aerobiamente

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Espesamiento y Deshidratación Parcial de Lodos Municipales e Industriales XXVI Congreso de la Asociación Interamericana de Ingeniería Sanitaria y Ciencias Ambientales Página 14/18, 31 de Julio de 1998 Para aplicaciones industriales, se recomienda ponerse en contacto con el fabricante del espesador de banda continua dado que la capacidad del equipo depende directamente el las características de los lodos generados durante el proceso industrial. Además, se recomienda que el fabricante haga pruebas de jarra para determinar si el proceso es viable. FILTROS PRENSA DE BANDA CONTINUA La figura #11 ilustra el proceso de deshidratación de lodos en un filtro prensa de banda contínua.

FIGURA #11. FILTRO PRENSA DE BANDA POLIMERO ACTIVADO

FLUJO DE LODO (10,000-60,000 mg/l)

MEZCLADOR DE ORIFICIO VARIABLE CAMARA DE LAVADO DE BANDA ZONA DE GRAVEDAD

ZONA DE ALTA PRESION

ZONA DE BAJA PRESION

CAMARA DE LAVADO DE BANDA

LODO DESHIDRATADO (14-50%)

Descripción Mecánica. El filtro prensa de banda continua consiste generalmente de dos bandas porosas fabricadas de poliester o nylon, dos cámaras de lavado de banda, sistema de alineamiento y tensionamiento de banda automático, 10-20 rodillos (dependiendo en la aplicación y el tipo de filtro prensa seleccionado), zona de gravedad, escurridores de agua, zona de cuña (baja presión), zona de alta presión, y mezclador de orificio variable. Descripción de Operación. El lodo es alimentado al filtro prensa de banda con una bomba de desplazamiento positivo (sin que tenga flujo pulsante). El polímero activado es injectado en línea a través de un mezclador de orificio variable para acondicionar el lodo y completar el proceso de floculación. El lodo acondicionado es descargado a la zona de gravedad donde la banda porosa superior se mueve a una velocidad promedio de 1.5-3.0 m/min.

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Espesamiento y Deshidratación Parcial de Lodos Municipales e Industriales XXVI Congreso de la Asociación Interamericana de Ingeniería Sanitaria y Ciencias Ambientales Página 15/18, 31 de Julio de 1998 El agua liberada pasa entre los espacios creados por los flóculos y a través de la banda porosa. Los flóculos retenidos por la banda porosa se desplazan entre los escurridores hacia la zona de cuña aumentando la concentración de los mismos. Al final de la zona de gravedad, el lodo espesado es descargado a la banda inferior la cual transporta el lodo a través de la zona de cuña, donde se reduce gradualmente el área perpendicular al desplazamiento de la banda inferior causando un incremento gradual de compresión donde se libera más agua con el fin de reducir el flujo volumétrico antes de entrar a la zona de alta presión. Al final de la zona de cuña, la banda inferior que transporta el lodo pre-comprimido se une a la banda superior antes de entrar a la zona de alta presión. Una vez unidas las bandas el lodo es comprimido a través de una serie de rodillos los cuales ejercen una presión linear y un esfuerzo cortante maximizando la liberación del agua de lodos. Beneficios. Los filtros prensa de banda continua son equipos compactos diseñados para deshidratar lodos de 1.0-6.0% a 14-50%. Los beneficios obtenidos son los siguientes: • • • •

Reducción de los costos de transporte de lodos a los rellenos sanitarios. Reducción de los costos de incineración. Reducción de los costos de estabilización de lodos con cal Reducción de los costos de construcción ya que los filtros prensa de banda continua ocupa menos área de superficie cuando son comparados con otras tecnologías de deshidratación de lodos.

Los filtros prensa de banda son generalmente fabricados en varios tamaños para deshidratar diferentes cargas másicas e hidraúlicas: Ancho Effectivo de la Banda

Capacidad Hidraúlica (m3/hr :: gpm)

0.6-m 1.0-m 1.5-m 2.0-m

2.27-11.4 :: 10-50 4.54-22.7 :: 20-120 6.81-34.0 :: 30-150 9.1-45.4 :: 40-200

Capacidad Másica (kg/hr :: lbs/hr), base seca) 68-454 :: 150-1,000 159-1,091 :: 350-2,400 239-1,636 :: 525-3,600 318-2,182 :: 700-4,800

Aplicaciones. Las tablas #2 y 3 denotan el rendimiento que puede ser obtenido en las plantas de aguas residuales e industriales. La tabla #4 denota el rendimiento que puede ser obtenido en las plantas de agua potable. Tabla #2. Rendimiento del filtro prensa de banda con diferentes tipos de lodos en plantas de tratamiento de aguas residuales.

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Espesamiento y Deshidratación Parcial de Lodos Municipales e Industriales XXVI Congreso de la Asociación Interamericana de Ingeniería Sanitaria y Ciencias Ambientales Página 16/18, 31 de Julio de 1998 Tipos de Lodos LP

Concentración Inicial (%TSS) 3.0-6.0

Concentración Final (%TS) 28.0-35.0

Dosis de Polímero (kg/mton :: lbs/cton) 2.0-4.0 :: 4.0-8.0

LS LPS LPSAN LSAN LSAR

1.3-2.5 2.0-5.0 2.5-5.0 1.5-3.5 1.0-2.5

14.0-18.0 23.0-26.0 19.0-22.0 16.0-20.0 14.0-18.0

4.0-8.0 :: 8.0-16.0 3.0-5.0 :: 6.0-10.0 5.0-8.0 :: 10.0-16.0 6.0-9.0 :: 12.0-18.0 4.0-7.0 :: 8.0-14.0

Carga Másica (kg/hr/m :: lbs/hr/m) 682-1,091 :: 1,5002,400 159-300 :: 350-660 500-727 :: 1,100-1,600 250-350 :: 550-770 204-300 :: 450-660 200-300 :: 440-660

Carga Hidraúlica (m3/hr/m :: gpm/m) 11.4-22.7 :: 50-100 6.82-22.7 :: 30-100 43.6-68.0 :: 44-110 6.82-13.6 :: 30-60 6.82-13.6 :: 30-60 7.95-22.7 :: 35-100

where, LP = Lodos primarios LS = Lodos secundarios LPS = Mezcla de lodos primarios y secundarios (1:1) LPSAN = Mezcla de lodos primarios y secundarios (1:1) digeridos anaerobiamente LSAN = Lodos secundarios digeridos anaerobiamente LSAR = Lodos secundarios digeridos aerobiamente mton = tonelada métrica (2,200 lbs) cton = tonelada corta (2,000 lbs) Tabla #3. Rendimiento del filtro prensa de banda con diferentes tipos de lodos en plantas de tratamiento de aguas industriales. Tipo de Industri a PP PD

Concentración Inicial (%TSS)

Concentración Final (%TS)

3.0-6.0 3.5-8.0

24.0-27.0 35.0-45.0

Dosis de Polímero (kg/mton :: lbs/cton) 2.0-4.0 :: 4.0-8.0 1.5-4.0 :: 3.0-8.0

RP PQ MP PC

2.0-4.5 1.5-2.5 1.5-2.5 3.0-5.0

23.0-27.0 13.0-16.0 14.0-17.0 25.0-35.0

3.0-5.0 :: 6.0-10.0 5.0-10.0 :: 10.0-20.0 4.0-8.0 :: 8.0-16.0 3.0-5.0 :: 6.0-10.0

Carga Másica (kg/hr/m :: lbs/hr/m)

Carga Hidraúlica (m3/hr/m :: gpm/m)

650-850 :: 1,430-1,870 1,000-1,800 :: 2,2004,000 400-700 :: 880-1,540 160-250 :: 350-550 200-250 :: 440-550 400-600 :: 880-1,320

11.4-22.7 :: 50-100 13.6-22.7 :: 60-100 9.10-15.9 :: 40-70 6.82-13.6 :: 30-60 7.95-13.6 :: 35-60 6.82-15.9 :: 30-70

where, PP = Papel Periódico, lodos primarios y secundarios (1:1) PD = Papel Destintado, lodos primarios RP = Refinería de Petróleo, lodos primarios y secundarios (2:1) PQ = Productos Químicos, lodos secundarios MP = Matadero de Pollos, lodos secundarios PC = Procesadora de Cuero, lodos primarios mton = tonelada métrica (2,200 lbs) cton = tonelada corta (2,000 lbs) Para otras aplicaciones industriales, se recomienda ponerse en contacto con el fabricante del filtro prensa de banda continua para determinar si el proceso es viable.

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Espesamiento y Deshidratación Parcial de Lodos Municipales e Industriales XXVI Congreso de la Asociación Interamericana de Ingeniería Sanitaria y Ciencias Ambientales Página 17/18, 31 de Julio de 1998 Tabla #4. Rendimiento del filtro prensa de banda con diferentes tipos de lodos en plantas de tratamiento de agua potable. Tipo de Lodo

Concentración Inicial (%TSS)

Concentración Final (%TS)

HA CC

2.0-7.0 5.0-10.0

20.0-35.0 40.0-50.0

Dosis de Polímero (kg/mton :: lbs/cton) 4.0-8.0 :: 8.0-16.0 1.5-4.0 :: 3.0-8.0

where, HA = hidróxido de aluminio CC = carbonato de calcio e hidróxido de magnesio

Carga Másica (kg/hr/m :: lbs/hr/m)

Carga Hidraúlica (m3/hr/m :: gpm/m)

250-450 :: 550-990 795-1,273 :: 1,750-2,800

6.82-13.6 :: 30-60 9.10-15.9 :: 40-70

mton = tonelada métrica (2,200 lbs) cton = tonelada corta (2,000 lbs)

CONCLUSION Los espesadores y filtros prensa de banda continua deben ser considerados cuando hay aplicaciones de separación de sólidos y líquidos ya que podrían proporcionar la alternativa más eficiente para el reducir los volúmenes de los lodos en un 85-95% del proyecto en consideración. Como ejemplo, el gráfico #1 ilustra una reducción de 92.3% del volumen original de los lodos para una planta que genera 50 toneladas métricas/día (base seca) cuando estos son deshidratados del 2% (2,500 m3/día) al 26% (192 m3/día).

Grafico #1. Reduccion de Volumen de Lodos Generados en una Plata de Aguas Residuales con Capacidad para Tratar 4.82 m3/seg

Volumen de Lodos Generados (m3/dia)

3,000 2,500 2,000 1,500 1,000 500 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Concentracion de Solidos en los Lodos (%TSS, %TS)

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Espesamiento y Deshidratación Parcial de Lodos Municipales e Industriales XXVI Congreso de la Asociación Interamericana de Ingeniería Sanitaria y Ciencias Ambientales Página 18/18, 31 de Julio de 1998 REFERENCIAS Hammer, Mark J., “Water and Wastewater Technology”, Prentice Hall, 2nd edition, 1986 Metcalf and Eddy, Inc., “Wastewater Engineering, Treatment, Disposal, and Reuse”, McGraw-Hill, 3rd edition, 1991 American Water Works Associaton, “Water Quality and Treatment”, McGraw-Hill, 4th edition, 1990 Nalco Chemical Company, “The Nalco Water Handbook”, McGraw-Hill, 2nd edition, 1988 Sanks, Robert L., “Water Treatment Plant Design”, Ann Arbor Science, 1988 Shreve, R. Norris and Brink, Joseph A. Jr., “Chemical Process Industries”, McGraw-Hill, 4th edition, 1977 Water Environmental Federation, “Operation of Municipal Wastewater Treatment Plants”, Vol III, 5th edition, 1996