Aplicaciones Belzona en el Tratamiento de Lodos, Apuntes de Microbiología Ambiental

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Tratamiento de Aguas Residuales

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de la

Belzona Inc.

Editor en Jefe: Alejandra Troconis

Diseñadora: Kelli Herbert

©2010: Primera Edición

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Sedimentación Primaria : Involucra la evacuación de

tanta materia sólida remanente como sea posible. El

drenaje fluye hacia grandes tanques llamados Tanques

de Sedimentación Primaria donde las partículas más

pequeñas se asientan en el fondo. Un Lodo Primario

o Lodo Crudo es barrido por restregadores eléctricos

hacia una tolva y luego es bombeado a la planta de

asimilación de lodos. El líquido restante llamado

Efluente Primario pasa a un tratamiento secundario o

proceso de sedimentación secundario.

Tratamiento Secundario

El propósito del Tratamiento Secundario es completar

el proceso de tal modo que se evacúe el 90% de los

contaminantes. El equipo usado es un Tanque de

Aireación que proporciona enormes cantidades de

aire a una mezcla de aguas residuales, bacterias y otros

micro-organismos. El oxígeno en el aire acelera el

crecimiento de micro-organismos útiles que consumen

la materia orgánica dañina en el agua residual.

Tanque de Sedimentación Secundario

Permite a los micro-organismos y a los residuos sólidos

crear cúmulos y asentarse. Alguna de esta mezcla

llamada Lodo Activado, puede mezclarse nuevamente

con aire y usarse en el Tanque de Aireación. El lodo

del proceso de Sedimentación Secundaria y también el

del proceso de Sedimentación Primaria son bombeados

a una digestora de lodos donde un tipo distinto de

microbio destruye los materiales degradables y de mal

olor y lo convierte en un gas (gas de lodo) que contiene

metano. Este proceso toma de tres a cuatro semanas.

Tratamiento Terciario

Consisten en procesos físicos y químicos especiales con

los que se consigue limpiar las aguas de contaminantes

concretos: fósforo, nitrógeno, minerales, metales

pesados, virus, compuestos orgánicos, etc. Es un tipo

de tratamiento más caro que los anteriores y se usa en

casos más especiales como por ejemplo para purificar

desechos de algunas industrias.

Una mejor posibilidad para el tratamiento terciario

consiste en agregar uno o más estanques en serie a una

planta de tratamiento convencional. El agregar esos

estanques de “depuración” es una forma apropiada

de mejorar una planta establecida de tratamiento de

aguas residuales, de modo que se puedan emplear los

efluentes para el riego de cultivos o zonas verdes y en

acuicultura.

Desinfección

La última parte del proceso es la adición de un

desinfectante como el cloro. Este se agrega usualmente

al agua residual antes de que salga de la planta de

tratamiento. El desinfectante mata los organismos

causantes de enfermedades en el agua.

Tratamiento de Lodos

Los lodos pueden ser tratados o espesados para

quitarles algo de agua y luego seguir siendo procesados

por estabilización. En este proceso, se permite que

el lodo crudo se descomponga en los tanques de

asimilación. Se usan unos químicos especiales para

la estabilización. El lodo estabilizado no tiene olor y

está libre de organismos causantes de enfermedades.

El proceso de desaguar el lodo evacúa la mayoría del

agua de la mezcla de lodos. Se usan filtros, lechos de

secado y varios tipos de prensas. Finalmente el lodo

seco llamado Pastel (Cake) está listo para ser usado o

disponerse de éste.

El lodo seco, a veces llamado lodo digestivo, puede

ser usado como acondicionador de suelos. Usando

ciertos procesos, el lodo puede ser usado también para

producir gas metano. El metano puede luego ser

quemado para abastecer de energía a una pequeña

planta eléctrica o para otros propósitos. Si el lodo

no puede ser usado con seguridad, es quemado en

rellenos sanitarios aprobados o quemado usando

tecnología especial para prevenir la contaminación

del aire.

5 Pasos en el Proceso de Tratamiento de Aguas Residuales Tratamiento Primario El retiro de arena, partículas sólidas y sólidos grandes usando: Evacúa aproximadamente 15% de los contaminantes Tratamiento Secundario Creación de un entorno biológico que consumirá organismos portadores de enfermedades utilizando el siguiente medio: Tanque de Aireación Se añade aire a la mezcla de aguas residuales, bacterias y micro-organismos. Tanque de Sedimentación Secundario Los micro-organismos y los desperdicios sólidos se juntan y se asientan. El flujo efluente sale como un líquido claro. Se retira el 65% de los contaminantes restantes. Desinfección Una solución de cloro extermina los organismos causantes de enfermedades (20% de los contaminantes) Tratamiento de Lodos Son tratados y estabilizados con filtros, lechos de secado y prensas. Ó Áreas de Cribas Sedimentación Primaria Retiro de Partículas Sólidas Los lodos secos se usan como acondicionador de suelos. Los lodos son enterrados en rellenos sanitarios o son incinerados en forma segura.

2 Explicación

Haciendo que las Aguas Residuales lleguen a la Planta de Tratamiento

Las aguas residuales provenientes de fuentes como casas, instalaciones industriales y comerciales, y agua

de tormentas viajan todas hasta la Instalación de Aguas Residuales a través de un sistema colector. Los

volúmenes de agua que necesitan tratamiento son enormes.

Las aguas residuales del sistema municipal incluyen aguas residuales humanas y de viviendas, provenientes

de inodoros, sumideros de baños y otros drenajes. Las industrias, escuelas y negocios aportan químicos y

otros desperdicios de los procesos de las fábricas, operaciones de servicios de comida, aeropuertos, centros

comerciales, etc. El agua de tormenta, la más variable de estas tres fuentes, incluye agua de los drenajes de

las calles, así como agua del subsuelo que ingresa a través de grietas hacia los drenajes.

Muchas industrias y negocios están sujetas a regulaciones y deben dar un pre-tratamiento a sus descargas

para cumplir con las reglas federales o nacionales, estatales y locales, antes de disponer de ellas en las

tuberías de drenaje municipales. Las plantas incorporadas que llevan a cabo el pre-tratamiento son también

plantas de tratamiento de aguas residuales, pero el nivel de tratamiento que llevan a cabo varía enormemente

dependiendo de la naturaleza de los contaminantes y de si la planta está soltando las aguas directamente

hacia el medioambiente o no. Muchas de estas instalaciones industriales envían su flujo de descarga hacia

una planta municipal para recibir un tratamiento final.

Sistemas Colectores de Aguas Residuales Los principales componentes de un sistema colector son los siguientes: Tuberías de Drenaje Las tuberías de servicio domésticas de 4” a 6” que se usan para retirar las aguas residuales de los hogares y las pequeñas instalaciones comerciales tienen usualmente una inclinación para que la gravedad mueva la descarga hacia las tuberías más grandes (de 6” o más) llamadas laterales. Estas se extienden en medio de las filas de casas y van a dar a una tubería aún más grande llamada línea principal o drenaje colector. Dependiendo de la complejidad del sistema, éste puede ser la ruta final que tome el drenaje antes de la planta de aguas residuales. Las tuberías que se usan para retirar las aguas de tormenta de las alcantarillados en calles son llamadas drenaje combinado. Las tuberias que unen los drenajes colectores con la planta de tratamiento se denominan drenaje interceptor. Cuando se lleva a cabo una rehabilitación convencional de las tuberías de drenaje se instalan cantidades masivas de tuberías de drenajes para tormenta. Reemplazar las tuberías principales de distribución y transmisión de agua y de drenajes requiere de excavación, secciones de tuberías, empalmes, bombas hidrantes, válvulas de tuberías, conexiones de servicio, pavimentado y desaguamiento, unido todo ello a otros costos diversos. El costo por cada 30 cm. (un pie) de una tubería principal de distribución de agua de 6 pulgadas es de 43.70 dólares. Para una tubería de 16” el costo es de $70.03. Una tubería grande principal de distribución de agua de 30” cuesta $123.03 por cada 30 cm. En el caso de aguas residuales, las tuberías grandes que alimentan las plantas son a veces de 1.8 metros de diámetro, y los costos asociados se vuelven realmente astronómicos. Bocas de Visita Estas cámaras subterráneas son puntos de entrada para el mantenimiento del sistema colector. Las bocas de visita se instalan normalmente en:

• intérvalos de entre 90 a 150 metros en instalaciones rectas
• puntos grandes de confluencia dentro del sistema
  • cambios en la elevación
  • cambios en la dirección del flujo Estaciones de Bombeo En algunas áreas, las condiciones del paisaje hacen que un sistema basado totalmente en la gravedad sea imposible. Cuando éste es el caso, unas bombas de elevación ayudan a mover el drenaje hacia la planta. En estos casos, los sistemas locales basados en la gravedad llenan una poza central o cámara hasta un nivel predeterminado. Cuando el drenaje alcanza este nivel, las bombas de elevación comienzan a trabajar, bombeando las aguas residuales en subida hasta un punto en el cual pueden fluir hasta la planta de tratamiento. Estas bombas pueden también bombear todas las aguas del desagüe hasta la planta si es necesario. Algunas de estas estaciones de bombeo son muy pequeñas y pueden incluso ser unidades concentradas. Otras son mucho más grandes y a veces tienen su propia instalación de generación de energía así como su propio personal de operaciones y mantenimiento. Un sistema de pozo seco es un sistema en el cual las bombas y motores están en pozos secos separados (o cámaras) del drenaje. Cuando las bombas operan sumergidas en el desagüe que están bombeando, éste es un sistema de pozo mojado. Las bombas sumergibles usadas en los sistemas de pozo mojado son esencialmente grandes bombas diseñadas especialmente para hacerse cargo de las partículas químicas y abrasivas del desagüe crudo. Las muy pequeñas pueden ser bombas de pistón o diafragma, pero la mayoría son centrífugas. Bombas Usadas en el Servicio de Recolección de Aguas Residuales Las plantas de Aguas Residuales, por lo general, tienen instaladas bombas centrífugas de succión a lo largo del proceso. Cuando un sistema se encarga de grandes volúmenes de agua, se usan también las bombas centrífugas de carcasa dividida o las bombas de flujo axial de tipo propulsor. Estas son similares a las bombas principales circulantes de agua que se ven en las plantas eléctricas más grandes.

Estaciones de Bombeo

• reconstruir y proteger los impulsores de las bombas y las carcasas de la erosión, corrosión y abrasión.
• mejorar la eficiencia/capacidad de las bombas
• protección contra la corrosión de bombas sumergibles y partes externas de motor
• protección contra la corrosión de equipos y estructuras básicas de acero, incluyendo mecanismos de montacargas, válvulas, tuberías y empalmes, y sensores de nivel y flotantes
• impermeabilización de los alojamientos de las estaciones de bombeo y gabinetes eléctricos
• fugas de aceite/gas en transformadores y circuitos de fusibles
• sellar paredes y pisos de pozos secos y mojados bajo el nivel del suelo
• sellar penetraciones a través de las paredes de las cámaras
• crear superficies de seguridad antideslizantes dentro y en torno al alojamiento de la bomba y pozos
• reparaciones a varios componentes de la transmisión de energía mecánica (ejes, chaveteros, alojamientos de rodamientos y estructuras básicas de acero tales como medidores, válvulas, chumaceras y acoples) en bombas, motores, válvulas y montacargas.

Controlando el Flujo hacia la Planta de Tratamiento Las Aguas Residuales ingresan a la planta a través de una estructura de ingreso de algún tipo, como un reservorio. Esta incluirá provisiones para que las tuberías grandes, a veces de 6 pies de diámetro, ingresen y se dividan en dos rutas o más. La mayoría de las plantas tiene dos o más rutas en paralelo para permitir el cierre de un lado para mantenimiento sin cerrar la planta por completo. Las compuertas de entrada controlan el flujo de ingreso. Estas válvulas de cuchilla están diseñadas para operar totalmente abiertas o totalmente cerradas y no se usan para acelerar el flujo del desagüe. En plantas grandes, debido a los grandes volúmenes de agua con que operan, este equipo se parece a una distribución de una compuerta hidroeléctrica o a la compuerta de una represa de una zona de irrigación. A veces la compuerta es solamente una placa de acero. Pero en otras ocasiones es de un hierro fundido más grueso o de un componente de aluminio fundido con templadores en la parte trasera. Las compuertas controlan el flujo hacia la primera de muchas cámaras de concreto o canales. Estas dirigen el drenaje hacia los primeros filtros y cribas. Tratamiento Primario de las Aguas Residuales

El proceso de tratamiento primario toma el desagüe crudo o de ingreso y retira entre el 40 y el 60 por ciento

de sólidos arrastrados. El tratamiento que tiene lugar en esta parte del proceso es puramente mecánico. Los

procesos posteriores son mecánicos, biológicos y químicos.

Toda la serie de pasos que componen el tratamiento primario es llamada a veces clarificación. La meta de

este proceso es retirar turbidez, partículas sólidas y materiales flotantes. Debido a que estos contaminantes

interferirán con los procesos de tratamiento posteriores deben ser retirados con anterioridad.

2.

Tratamiento Primario

Las partículas sólidas que se asientan en el fondo de las estructuras de evacuación de sedimentos por gravedad son retiradas mecánicamente con alguna de varias clases de restregadoras impulsadas por cadenas o escalones. Transportadores de rosca (tornillos sin fin), de escalones o de cubos retiran las partículas y ayudan en el proceso de deshidratación. Para retirarlas, algunos sistemas utilizan también unas bombas para partículas sólidas resistentes a la abrasión. Estas operan intermitentemente cuando se

llenan los niveles de partículas sólidas en las tolvas al

fondo de las cámaras de sólidos particulados. Unidades Centrífugas de Separación : Los sistemas centrífugos de remoción de partículas sólidas son esencialmente grandes remolinos en forma de cono. Las bombas mueven el agua residual hacia el alojamiento y mientras gira, las partículas más pesadas vuelan hacia el exterior y se alejan del fondo para ser desaguadas en una transportadora de rosca (tornillo sin fin) o un mecanismo de rastrillo. Desarenadores Los desarenadores son estructuras hidráulicas que tienen como función remover las partículas de cierto tamaño que la captación de una fuente superficial permite pasar. Hay varios tipos de desarenadores; tipo Detritus y tipo Remolino. Los mas comunes en las plantas de aguas residuales son los desarenadores detritus de flujo vertical. En estos el flujo se efectúa desde la parte inferior hacia arriba. Las partículas se sedimentan mientras el agua sube. Pueden ser de formas muy diferentes: circulares, cuadrados o rectangulares. Se construyen cuando existen inconvenientes de tipo locativo o de espacio. Tanques de Sedimentación Primaria (Clarificadores) El flujo del agua disminuye aún más cuando alcanza los Tanques de Sedimentación Primaria o Clarificadores. Estos son grandes receptáculos circulares o rectangulares que normalmente contienen el agua residual por varias horas. Pueden estar construidos de concreto o de acero. Esto permite que ocurran dos cosas muy importantes. Primero, las partículas más pesadas que componen el lodo se asentarán en el fondo. Segundo, los materiales flotables más ligeros tales como la grasa y el cabello se elevarán a la superficie. Este tipo de residuos es llamado scum en inglés y no es otra cosa que una capa flotante de impurezas. Los Clarificadores vienen en distintas disposiciones y pueden incorporar todos o algunos de los siguientes procesos. En todo caso, en todos ellos se encontrará algunas de las mismas maquinarias básicas de evacuación de lodos y de la capa de impurezas. Algunos de los procesos específicos que ocurren en el clarificador son: Coagulación : Este es el agrupamiento de partículas finas para formar otras más grandes. Esto puede verse ayudado con el uso de coagulantes tales como el alumbre (sulfato de aluminio) y el cloruro de hierro. Algunos polímeros orgánicos y materiales de arcilla se usan también para estimular este proceso. Una vez coaguladas, las partículas más grandes son más fáciles de retirar que las más pequeñas. Las partículas más grandes se convierten en un material llamado flóculo. Este material esponjoso tiene un área de superficie más grande y ayuda más en el proceso de clarificación al atrapar partículas más pequeñas en su superficie. Floculación: La floculación es la recolección de partículas pequeñas adicionales por el flóculo. Esto es ayudado mecánicamente por las paletas rotantes y los escalones que realizan el mismo movimiento de rodillo que es más favorable para la floculación. El beneficio final de una floculación eficiente es un tiempo de detención reducido del agua residual en el clarificador (o tanque específico de floculación). Cualquier reducción en este tiempo permite una mayor capacidad general de la planta. Esto es importantísimo para las comunidades en crecimiento y con presupuestos limitados.

Flotación: La descripción simple de este proceso es asentamiento en reversa. Muchas burbujas pequeñas de aire flotando a través del agua se prenden de materia suspendida en el agua residual que va rotando suavemente. La materia luego flota hacia la superficie para una evacuación fácil depurando la capa superior. Separación por Gravedad : Este método de clarificación es especialmente útil para líquidos insolubles tales como aceites. Estos flotarán naturalmente a la superficie si se les da suficiente tiempo. Como mencionamos anteriormente, el tiempo es importantísimo en estos procesos, por lo que con frecuencia se usan químicos para acelerar la separación por gravedad y para descomponer las emulsiones agua/aceite más estables que puedan haberse formado. Algunos de los mismos químicos formadores de flóculos o coágulos son también efectivos aquí. La separación por gravedad puede ocurrir como parte del proceso de clarificación o como una unidad individual. Este último caso es de más uso en el tratamiento industrial de aguas residuales que en el uso municipal, especialmente cuando los aceites de maquinado componen buena parte del flujo residual. Evacuación de Lodos: Un colector mecánico de lodos restriega el lodo asentado en el fondo de una tolva en la parte más baja del clarificador. El lodo es luego bombeado desde esta cavidad al sistema de tratamiento de lodos. El colector está usualmente construido con una serie de restregadores prendido de un sistema de cadena impulsado por una cadena rotatoria sinfín. Todo el mecanismo rota en un circuito guiado por rieles de metal en el fondo y en las paredes del tanque. Evacuación de la Capa Superficial de Impurezas (Scum): En algunos sistemas, los mismos restregadores de lodos, a medida que rotan de regreso a la parte superior del tanque, mantendrán la capa superficial de impurezas moviéndose hacia su sistema de evacuación. Estos sistemas emplearán una rosca helicoidal o una tubería con casillas rotando en la superficie, al mismo nivel para atrapar la capa flotante que es empujada por los restregadores o los escalones. Esta capa flotante se deriva hacia un canalón o cavidad para su eliminación. En otros sistemas, unos grandes depuradores o boquillas rociadoras de agua cruzan la superficie de todo el tanque empujando la capa superficial flotante hacia un controlador que la dirige a un vertedero de eliminación. Aplicaciones Belzona en el Tratamiento Primario Estructuras de Ingreso

• reparaciones al concreto de plataformas y en torno a postes de pasamanos
• daño al concreto en cámaras de tomas y canales
• sistemas antideslizantes en plataformas
• detener fugas en tuberías de ingreso de concreto
• sellar juntas de expansión
• protección contra la corrosión de válvulas de compuertas y estructuras de acero relacionadas
• protección contra la cavitación en las carcasas de las válvulas Áreas de Cribas
• daño al concreto en canales y en torno a postes de pasamanos
• sistemas antideslizantes en plataformas
• reparaciones a los aparatos mecánicos de áreas de cribas/rastrillos (ejes, alojamientos de cojinetes, etc.)
• erosión en enroscados y canalones