La deshidratacion de fangos: el proceso final en una EDAR

Los procesos de depuración de aguas residuales urbanas consisten en un conjunto de procesos destinados a retirar la fracción contaminante del caudal de agua bruta. La deshidratación de fangos es un proceso fundamental en este tipo de tratamientos.

La contaminación del agua se debe, principalmente, a la alta concentración de materia orgánica y sólidos en suspensión presentes en el agua de saneamiento. De este tratamiento resultan dos efluentes principales:

• • El agua depurada para riego o devuelta al cauce del río.
  • El fango con un alto contenido en materia orgánica y otros tipos de sustancias inorgánicas.

Los diferentes efluentes proceden de diferentes líneas de tratamiento. Así dentro de una estación depuradora de aguas residuales (EDAR) se suelen distinguir dos grandes líneas:

• • Línea de agua: es el conjunto de los procesos (primarios, secundarios, etc.) que depuran el agua propiamente dicha. Comenzaría con el agua bruta que entra a la depuradora y terminaría en el agua vertida al río o al mar.
  • Línea de fangos: está formada por el conjunto de procesos a los que se somete a los fangos (lodos) que se han producido en la línea de agua. Estos fangos acabarán siendo incinerados, usados como abono o depositados en un vertedero.

El fango tratado acabará en unos de estos destinos:

• • Compostaje y posterior empleo como fertilizante.
  • Eliminación en vertedero controlado.
  • Valorización energética.

En cualquiera de estos casos el paso previo será la separación de las fracciones sólida y líquida (debido a que presentan un volumen importante y sus características mecánicas dificultan su manejo y disposición final). Por tanto su tratamiento se basa fundamentalmente en la reducción de volumen mediante eliminación del agua.

¿Por qué es importante la deshidratación de lodos en una EDAR?

El tratamiento de fangos en las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDARs) tiene un impacto muy significativo en las condiciones económicas y operativas de cualquier estación depuradora de aguas residuales.

Reducir al máximo el volumen de fango de una EDAR es uno de los grandes objetivos de un Jefe de planta de una EDAR. Cuanto menor sea la cantidad de fango, menor será la cantidad del coste de la gestión de este residuo. Por tanto, mayor será la rentabilidad de la operación total del tratamiento de agua residual.

Para reducir el volumen de fangos existen tres grandes tipos de procesos, según la sequedad final deseada:

Procesos de deshidratación de fangos según la sequedad a obtener. Fuente: Degremont

– ESPESAMIENTO: Las técnicas más habituales se realizan mediante decantación, flotación o eliminación de agua. Esta etapa es casi obligatoria dada la baja concentración de fangos obtenida a la salida de la línea de tratamiento de agua. Tras esta etapa, los fangos siguen estando líquidos, lo que impide su gestión ya que gotean durante el transporte.

– DESHIDRATACIÓN: se emplean dos técnicas: filtración o centrifugación. La energía aplicada sobre el fango no permite extraer más que el agua libre y una pequeña cantidad de agua ligada a las partículas de los materiales en suspensión. La deshidratación necesita a menudo un acondicionamiento previo mediante aporte de reactivos de coagulación/floculación.

– SECADO: las técnicas más habituales son: el secado solar y el secado térmico. Los rendimientos son muy diferentes, y el criterio de selección depende del tiempo y de la energía de aporte (coste). El proceso extrae una gran parte, incluso la totalidad del agua ligada a las partículas y por tanto permite obtener sequedades muy elevadas.

Sistemas de deshidratación de fangos en EDAR

1) LOS FILTROS BANDA

El proceso de filtración mediante filtros banda se compone de tres etapas.

Esquema de funcionamiento. Fuente: Degremont

– En la primera, se realiza una floculación para facilitar su decantación y filtrado mediante polímeros sintéticos (polielectrolitos) en unos floculadores con bajo tiempo de retención.

– En la segunda, el agua intersticial liberada durante la primera etapa se elimina por drenaje a través de un soporte filtrante. El fango drenado tiene entonces consistencia suficiente para pasar por la etapa de prensado.

Filtro tipo banda. Fuente: Huber-technology.

– En la tercera, el fango está atrapado entre dos telas filtrantes que lo comprimen progresivamente. La torta que se forma se enrolla sucesivamente alrededor de un tambor perforado, siguiendo un recorrido de rodillos que varía en función del tipo de filtro.

En un filtro banda el prensado no se realiza en un recinto cerrado, el propio fango asegura la estanqueidad lateral bajo la presión que puede soportar durante su avance. Si la presión es muy alta, se destruye la cohesión de la capa de fango y se produce una fuga con salida lateral del fango parcialmente deshidratado.
La eficacia de la deshidratación depende de la presión que se aplique sobre la torta de fango y del tiempo de prensado.
Los filtros banda permiten obtener fango fácilmente manipulable a partir de fangos de tipo orgánico o hidróxidos.

2) LA DESHIDRATACIÓN DE LODOS CON FILTROS PRENSA

El filtro prensa es un dispositivo de separación sólido-líquido que funciona según el principio de filtración a alta presión mediante un medio filtrante de malla relativamente tupida.
La filtración se realiza por presión en cámaras estancas.
A diferencia de los filtros banda, el fango se ve forzado a someterse a la presión aplicada (sin fuga posible).
Un filtro se compone de una batería de placas verticales huecas, yuxtapuestas y apretadas fuertemente las unas contra las otras mediante una cabeza móvil. La forma de las placas y su disposición vertical forman unas cámaras de filtración estancas.
La presión se aplica sobre la cabeza móvil mediante un gato hidráulico. El empuje del conjunto es contenido por una cabeza fija situada en el otro extremo.

Esquema de funcionamiento. Fuente: www.hidrometalica.com

Unas telas filtrantes de mallas bastante tupidas (10 a 300μm) cubren las dos superficies acanaladas de las placas. Los fangos a filtrar llegan por bombeo a las cámaras de filtración. Las materias sólidas se acumulan progresivamente en las cámaras hasta la formación de una torta final compacta. El filtrado se recoge por las ranuras de las placas detrás de las telas filtrantes y se evacua por conductos internos.
El filtro prensa funciona por prensados sucesivos. Cada prensado supone:

– Una fase de cierre de la prensa para apretar las placas entre ellas.

– Una fase de llenado del filtro (el tiempo de llenado depende de la filtrabilidad del fango).

– Una fase de filtración, a menudo de 30 a 45 minutos para permitir alcanzar la presión máxima provocada por la llegada continua de fango y la formación de una capa de fango filtrado cada vez más espesa.

– Una fase de evacuación, durante la cual las tortas formadas caen por su propio peso cuando las cámaras se abren. Esta fase requiere la presencia de un operador, ya que las tortas son más o menos pegajosas y hace falta intervenir con una rasqueta para garantizar su evacuación completa.

A estas cuatro fases hay que añadir la limpieza indispensable de la tela y de las ranuras de evacuación del filtrado.

Los inconvenientes de este tipo de filtros son:

– Funcionamiento por ciclos, por tanto, discontinuo.
– Velocidad de alimentación disminuye gradualmente durante el ciclo.
– Asistencia manual inevitable para la liberación de las tortas entre ciclos, aunque el proceso esté mecanizado.
– Inversión elevada.

La ventaja de esta técnica relativamente antigua reside en la producción de una torta, generalmente de más de un 30% de contenido en materia seca. El rango de sequedad es, por tanto, alto.

Filtro tipo prensa. Fuente: www.catalogo.avanfilter.es

3) LOS FILTROS DE VACÍO

La filtración al vacío es uno de los métodos más usados para deshidratar el fango dado que se puede conseguir una torta de fango tanto crudo como digerido uniformemente deshidratado sean cuales fuesen las condiciones climatológicas.
En esta tecnología, el agua se separa aplicando el vacío a través de un medio poroso que retiene los sólidos y permite al líquido pasar. Se usan distintos tipos de medios filtrantes tales como tejidos de nylon y dacrón, malla metálica, muelles metálicos densamente entrelazados.
El vacío se aplica en la parte sumergida del cilindro, reteniéndose los sólidos en la superficie de éste. La torta se comienza a formar en la zona de filtrado, aumentando a medida que el tambor se introduce en el lodo y alcanza el espesor final en el punto en que emerge (este tiempo se conoce como “tiempo de formación”). Entre el punto de lavado y la cuchilla se deshidrata la torta (designándose este como tiempo de secado), separándose esta y llevándose a una cinta transportadora.
El medio filtrante se lava con inyección de agua antes de volverse a sumergir en el tanque de fango.
El acondicionamiento de los fangos húmedos es necesario para conseguir buenos rendimientos con los filtros de vacío. El acondicionamiento coagula las partículas de fango y permite que el agua drene libremente. Como resultado se produce una torta más espesa y el tambor puede girar a mayor velocidad.

Esquema de funcionamiento. Fuente: Elaboración propia.

4) LA CENTRÍFUGA PARA DESHIDRATACIÓN DE FANGOS

Los fangos mixtos urbanos se pueden separar en dos fases distintas (un líquido sobrenadante clarificado y un sedimento homogéneo) mediante la aplicación de una fuerza centrífuga, por tanto, sin la barrera de un medio filtrante como con los filtros banda y los filtros prensa.
La adición de polímero para acondicionar el fango es indispensable para obtener una buena separación sólido-líquido.
La sequedad obtenida se sitúa entre los rendimientos de filtro banda y los de un filtro prensa.
El fango acondicionado se introduce en el equipo. Un distribuidor giratorio reparte el fango hacia la periferia y lo impulsa en el espacio anular entre la cubeta y el tornillo.

Esquema de funcionamiento de una centrífuga.

Por el efecto de la fuerza centrífuga, las partículas pesadas decantan y se depositan contra la pared interior de la cubeta. El tornillo transportador raspa las partículas y las envía en continuo hacia la parte cónica. El tornillo gira ligeramente más rápido que el recipiente (velocidad diferencial) gracias a un reductor.
Los sedimentos compactados en el cono son evacuados por un extremo y recogidos en una tolva de descarga.
La alimentación continua empuja el líquido que se evacua hacia la zona de recogida de efluentes mediante colectores regulables.
Toda la máquina reposa sobre un bastidor de lastre que a su vez reposa en el suelo mediante amortiguadores potentes. Una carcasa sirve de protección contra la rotación a gran velocidad del recipiente.
Los inconvenientes de este tipo de maquinaria son:

– Uso de gran cantidad de polímero
– Consumo energético elevado
– Ruido elevado
– Mantenimiento especializado

A pesar de ello, la centrifugación se ha impuesto en el mercado de la deshidratación en la primera década del siglo XXI.

Principales objetivos de la deshidratación de fangos

El objetivo principal de la deshidratación de fangos es la reducción de volumen, y consecuentemente, la reducción del coste en la explotación debido a la reducción del coste de almacenamiento, transporte y gestión ambiental. No obstante, en función de su destino final tenemos más objetivos, que pueden influir en la tecnología seleccionada. Estos son:

• • Reducir el líquido libre. El fluido en el fango ocasiona múltiples problemas en el transporte y obliga a emplear medios completamente estancos, lo que puede incrementar el coste del transporte hasta su destino final (agricultura, vertedero,…)
  • Reducir la cantidad de hidrocarburos. Si el destino final es la incineración conviene reducir la cantidad de combustible.
  • Disminuir el porcentaje de sólidos volátiles. Cuando el destino final es el compostaje los sólidos volátiles generan olores desagradables que conviene reducir o eliminar.
  • Aspecto homogéneo. Si los fangos se van a reutilizar en agricultura se depositarán al aire libre. El impacto ambiental debido apariencia visual puede mejorar cuando se alcanza un aspecto regular en todo el volumen de fangos.

El acondicionamiento de los fangos: fase previa a la deshidratación

El acondicionamiento es necesario puesto que los fangos contenidos en las aguas residuales urbanas y de gran parte de las industriales presentan una estructura coloidal que dificulta su filtrado.

El objetivo de esta etapa es favorecer la deshidratación del fango. Normalmente se realiza un acondicionamiento de tipo químico como paso previo a la deshidratación. Esta etapa consiste en añadir polielectrolitos previamente a la entrada de deshidratación. Estos polielectrolitos rompen la estructura coloidal y forman una granular, lo que facilitará la deshidratación del fango a tratar.

La cantidad de polielectrolito varía en función de la tecnología y de las características químicas del fango.