TRATAMIENTO DE FANGOS

 

  1. Procesos de fangos
  2. Cantidad de fango producido en diversos procesos de tratamiento de aguas residuales 
  3. Características típicas del fango deshidratado crudo y digerido
  4. Ejemplo de aplicación

 

1. Procesos de fangos

Fangos primarios

Producidos en la decantación primaria y bombeados a un espesador que los concentra por gravedad hasta un valor del 7 %.

Fangos secundarios

Fangos en exceso de la decantación secundaria que, previa adición de polielectrolito como reactivo para floculación, son conducidos a un espesador donde son concentrados a la digestión por flotación.

Digestión

La estabilización de los fangos es efectuada en digestores. La digestión es anaeróbica en las plantas grandes y medias, con un tiempo de retención de los fangos de 28 días a 32 ºC.

a)      Digestión aerobia

Parámetros de diseño

Tiempo de retención (días)

15

Oxígeno necesario

ON (Kg O2 / m3 digestor× día)= 0,4× (2 Kg O2 / Kg S.V.F.E.) + 1,8× (Kg O2 / Kg DBO5 decantada en el Dec. Primario)

(S.V.F.E.: Sólidos Volátiles de los Fangos en Exceso)

 

Carga orgánica de trabajo (cantidad de Sólidos Volátiles  por m3 y día que se deben digerir en el digestor)

< 3,0 Kg S.V. / m3 × día ( según el CEDEX)

< 1,4 Kg S.V. / m3 × día ( según la Universidad de Texas)

b)      Digestión anaerobia

Parámetros de diseño

Tiempo de retención (días)

22

Carga Total de Sólidos (cantidad de Sólidos en Suspensión que debe tratar el Digestor por m3 y día)

< 3,0 Kg S.V. / m3 × día

 

Carga Orgánica de Trabajo (cantidad de Sólidos Volátiles  por m3 y día que se deben digerir en el digestor)

< 2,0 Kg S.V. / m3 × día

 

 

Espesamiento

Los fangos dirigidos son conducidos a un espesor secundario, en el que concentran al 7 %.

Producción de gas y utilización

El gas generado en la digestión de fangos es almacenado en un gasómetro de campana flotante. Más tarde, es comprimido y almacenado a una presión de 7 kg/cm2. Desde el almacenamiento de gas se alimentan grupos generadores de energía eléctrica. Los fangos se calientan mediante calderas independientes de agua caliente o por medio de calor de gases de escape de los generadores.

Acondicionamiento térmico del lodo

Proceso opcional que utiliza altas temperaturas, vapor de aire y vapor vivo para acondicionar el lodo antes de ser sometido a la filtración al vacío. El calor y la presión liberan el agua de la estructura celular del lodo, permitiendo así que las partículas de lodo puedan ser secada eficazmente en los filtros banda o prensa, sin hacer uso de agentes químicos coagulantes.

Incineración

La cinta transportadora que lleva la torta de lodos posee un mecanismo especial se descarga en la parte superior del incinerador. En este incinerador el lodo se calienta y se seca, para quemarlo finalmente. Las cenizas inertes se descargan en un tanque lleno de agua donde se forma una pasta aguada la cual es bombeada a lagunas, o transportadas a su punto de vertido. 

2. Cantidad de fango producido en diversos procesos de tratamiento de aguas residuales 

 

PROCESO DE TRATAMIENTO

SÓLIDOS SECOS (kg/103 m3)

Decantación primaria

110-170

Fango activado (en exceso)

70-100

Filtros percoladores (en exceso)

55-90

Aireación prolongada (fango en exceso)

80-120

Laguna aireada (fango en exceso)

80-120

Filtración

10-20

Eliminación de algas

10-25

Nitrificación por crecimiento en suspensión

-

Desnitrificación por crecimiento en suspensión

10-30

Adición de productos químicos a clarificadores primarios para eliminación del fósforo

Dósis baja de cal (350-500 mg/L)

250-400

3. Características típicas del fango deshidratado crudo y digerido

 

CARACTERÍSTICAS

FANGO PRIMARIO CRUDO

FANGO DIGERIDO

Sólidos socos totales (en % sms)

18-30

18-30

Sólidos volátiles (en % sms)

60-80

30-60

Grasas y aceites (solubles en éter, en % sms)

6.0-30.0

5.0-20.0

Proteínas (en % sms)

20-30

15-20

Nitrógeno (en % sms)

1.5-6.0

1.6-6.0

Fósforo (P2O5, en % sms)

0.8-3.0

1.5-4.0

Potasio (K2O, en % sms)

0-1.0

0.0-3.0

Poder calorífico (MJ/kg)

14-23

6-14

NOTA: sms = sobre materia seca

4. Ejemplo de aplicación

 

Datos

 

Para la explotación de una Estación Depuradora de Aguas Residuales, se definen los siguientes parámetros de funcionamiento:

 


V Reactor Biológico = 7.000 m3

 

El proceso de digestión aerobia de la planta responde a un sistema de operación continua sin recirculación.

 

Los parámetros de funcionamiento de la E.D.A.R. aparecen recogidos en la siguiente tabla:

 

Parámetros de funcionamiento

Generales

Decantación Primaria

Caudal agua bruta

m3/día

20.000

Rendimiento de eliminación de SST

%

60

SST entrada a planta

mg / l

200

Rendimiento de eliminación de DBO5

%

35

DBO5 entrada a planta

mg / l

300

Fracción de volátiles en fangos primarios

%

65

SST salida de planta

mg / l

30

Concentración purga de fangos primarios

%

3

DBO5 entrada a planta

mg / l

30

 

 

 

Tª media del agua

15

 

 

 

Digestión aerobia

Tratamiento biológico

Rendimiento de eliminación de SSV

%

37

MLSS

mg / l

2.500

Variación de concentración en el digestor

%

0

MLSSV

mg / l

2.000

Deshidratación con filtros banda

Fracción de volátiles  en fangos en exceso

%

90

Tiempo de funcionamiento semanal

h

40

Rendimiento de eliminación de  DBO5

%

95

Concentración de fango seco

%

23

Concentración purga de fangos en exceso

%

0,9

Dosificación media de polielectrolito

Kg/1.000 Kg SST

5

Espesador de gravedad (posterior a digestión)

 

 

 

Concentración adicional en el espesador

%

3

Para calcular el volumen de fangos en exceso, se aplicará la siguiente fórmula:

p x = P x / V Reactor Biológico = [ [(0,75 × Carga diaria  DBO5) + (0,60 × Carga diaria de SS)] / V Reactor Biológico ] – (0,04 × 1,072 (T-15) × X)

siendo

p x : Cantidad de fangos en exceso en Kg / m3× día
T: Tª  del agua en ºC
X: Concentración de M.L.S.S. en el Reactor Biológico en Kg / m3
V Reactor Biológico : Volumen del Reactor Biológico en m3

Se pide:

1º) Caudal de fango biológico purgado (m3/día)
2º) Edad del fango (días)
3º) Concentración del fango en el digestor (%)
4º) Sólidos en Suspensión Totales en la salida del digestor (Kg SST / día)
5º) Polielectrolito teórico a consumir (Kg / mes)
6º) Fango seco teórico a extraer (Kg / mes)

 

Solución

1º) Caudal de fango biológico purgado (m3/día)


La expresión para el cálculo del fango biológico (fango secundario) es un dato del enunciado, siendo los valores de entrada en la misma, los siguientes:

V Reactor Biológico = 7.000 m3
T (ver tabla del enunciado) = 15 ºC
X (ver tabla del enunciado) = 2.500 mg/l
× (10-6/10-3) × [(Kg / mg)/ (l/m3)] = 2,5 Kg MLSS / m3

Carga diaria de DBO5 que debe eliminar el Reactor Biológico = 300 × (1- 0,35) =195 mg / l

Por tanto:
Kg DBO5 /día que pasan al Reactor Biológico = 195 mg / l
× (10-6/10-3) × [(Kg / mg)/ (l/m3)] × Q (m3/día) =165 × 10-3 × 20.000 = 3.900 Kg DBO5 /día

Carga diaria de SS que debe eliminar el Reactor Biológico = 200 × (1- 0,60) =80 mg / l

Por tanto:
Kg SS /día que pasan al Reactor Biológico = 80 mg / l
× (10-6/10-3) × [(Kg / mg)/ (l/m3)] × Q (m3/día) =80 × 10-3 × 20.000 = 1.600 Kg SS /día

Al entrar en la fórmula dada en el enunciado para el cálculo del volumen de fangos en exceso resularía:

p x = P x / V Reactor Biológico = [ [(0,75 × Carga diaria  DBO5) + (0,60 × Carga diaria de SS)] / V Reactor Biológico ] – (0,04 × 1,072 (T-15) × X) = [ [(0,75 × 3.900) + (0,60 × 1.600)] / 7.000 ] – (0,04 × 1,072 (15-15) × X) = 0,455 Kg/m3× día

de donde

P x = (0,455 Kg/m3× día) × 7.000 m3 = 3.185 Kg / día

Por pedir el problema una solución para el caudal de fango biológico purgado en m3/día, es necesario tener en cuenta la concentración de la purga de fangos en exceso, del 0,9 % en este caso, según se deduce de la consulta de la tabla de datos del enunciado. Este dato implica que cada m3 de fango biológico en exceso pesará:

(0,9 × 10) = 9 Kg

resultando, por tanto un caudal de fangos en exceso en m3/día de: (3.185 Kg / día) / (9Kg / m3) = 354 m3/día

 

2º) Edad del fango (días)

Por definición:

Edad del fango = x / (Dx /Dt) = (Concentración de M.L.S.S. en el Reactor Biológico en Kg / m3) / p x = (2,5 Kg M.L.S.S./ m3) / 0,455 Kg/m3× día = 5,5 días


3º) Concentración del fango en el digestor (%)

Esta concentración se obtiene dividiendo por 10 el número de Kg/m3 que se obtenga del cociente

 [fangos primarios + fangos en exceso](Kg/día) / [caudal de fangos primarios + caudal de fangos en exceso](m3/día)

Por tanto:

Cantidad de fangos del Primario (60% de eliminación de SST del Primario; caudal de agua bruta = 20.000 m3/día) = 0,6 × 200 × 20.000 × (10-6/10-3)  = 2.400 Kg / día

Caudal de fangos del Primario (concentración de la purga de fangos del Primario = 3%) = 2.400 Kg/ día / (3 × 10) Kg/m3 = 80 m3/día

Cantidad de fangos en exceso = 3.185 Kg/día

Caudal de fangos biológicos en exceso (concentración de la purga de fangos en exceso = 9%) = (3.185 Kg/día) / (9 × 10) Kg/m3 = 35,40 m3/día

y así:

concentración de fangos en el digestor = [(2.400 + 3.185) / (80 + 354)] × 10-1 = 1,3


4º) Sólidos en Suspensión Totales en la salida del digestor (Kg SST / día)

Tal y como se indica en el enunciado, la digestión tiene lugar sin recirculación.

En la salida del digestor se encuentran:

§         Sólidos en Suspensión Fijos o No Volátiles

§         Sólidos en Suspensión Volátiles no digeridos en el digestor

Se procederá al cálculo de estos valores:

SS Totales procedentes de los fangos de la Decantación Primaria = 2.400 Kg SST /día
SS Volátiles procedentes de los fangos de la Decantación Primaria =0,65
× 2.400 Kg SST /día = 1.560 Kg SSVolátiles /día
SS Totales procedentes de los fangos de la Decantación Secundaria = 3.185 Kg SST /día
SS Volátiles procedentes de los fangos de la Decantación Primaria =0,90
× 3.185 Kg SST /día = 2.866 Kg SSVolátiles /día

Por tanto

Fangos a la salida del digestor = (2.400 – 1.560) + (3.185 – 2.866) + (1.560 -+2.866) ×  (1-0,37) = 3.984 Kg SS /día


5º) Polielectrolito teórico a consumir (Kg / mes)

 De la tabla de datos, la dosificación media de polielectrolito es de 5Kg / 1.000 Kg SS Totales

Del  resultado del apartado 4º), se tiene: Fangos a deshidratar = Fangos que salen del digesto =3.984 Kg SS Totales /día

Por tanto,

Consumo de polielectrolito = (5 / 1.000) × 3.948 = 19,74 Kg / día = 592,2 Kg / mes


6º) Fango seco teórico a extraer (Kg / mes)

La concentración del lodo que pasa a la deshidratación se obtiene sumando la concentración conseguida en el espesador (3%, según se deduce de la consulta de la tabla de parámetros de funcionamiento) a la ya obtenida en la digestión (1,3%, resultado obtenido en el apartado 3º)).

Por tanto, aplicando la concentración resultante (3% + 1,3% = 4,3 %) al valor obtenido de Kg de Sólidos en Suspensión Totales por día en la salida del digestor, se obtendrá el caudal de fango a la salida del espesador.

Caudal de fango a la salida del espesador = 3.948 Kg SST / día / [(4,3 × 10) Kg / m3] = 91,8 m3 /día

A continuación, teniendo en cuenta el valor de concentración del fango seco al deshidratarlo (23%, según se deduce de la consulta de la tabla de parámetros de funcionamiento), resulta una masa de fango seco a extraer en Kg /mes de:

Fango seco a extraer = 91,8 m3 /día × (23 × 10) Kg / m3 = 683 ton / mes