1.6: Estabilización de biosólidos
- Page ID
- 155702
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)Resultados de aprendizaje
- Comparar y contrastar los diversos métodos de estabilización de lodos
- Comprender los diferentes procesos biológicos para estabilizar los sólidos de aguas residuales
- Describir los diferentes tipos de bacterias utilizadas durante la digestión anaeróbica a diferentes temperaturas
Estabilización de lodos
Una vez que los sólidos han sido espesados, están listos para ser estabilizados. En este punto, los sólidos sólo han sido espesados y son los productos de desecho de la porción líquida del proceso de tratamiento. Hay una gran cantidad de material orgánico volátil que necesita ser estabilizado. La estabilización también ayudará a reducir los olores y destruir patógenos. Existen varios métodos diferentes para lograrlo. La digestión es la más común pero la estabilización también se puede lograr agregando estabilización química o térmica calentando los lodos.
Digestión aeróbica
La descomposición aeróbica es muy similar a los tanques de aireación discutidos anteriormente en los sistemas de lodos activados. El lodo primario y/o secundario se digiere aeróbicamente, lo que significa que las bacterias aeróbicas descomponen la materia orgánica. Los digestores pueden ser rectangulares o redondos. Las bacterias son aeróbicas por lo que se debe aplicar aire al digestor.
Una diferencia importante entre el tanque de aireación en los tanques de lodo activado y el digestor aeróbico es que no hay un suministro continuo de DBO 5 fresco. En el digestor, no hay aguas residuales frescas que vienen solo en los sólidos asentados. En el digestor, las bacterias aeróbicas podrán respirar pero sin fuente de alimento, se someterán a respiración endógena. En este estado, las bacterias comienzan a descomponer su propia masa celular y así reducir la cantidad de sólidos suspendidos volátiles. Los digestores aeróbicos tendrán un tiempo de detención más largo, normalmente del orden de 30 días o más. La reducción común de sólidos volátiles puede ser de alrededor de 45% a 70%.
Digestión anaeróbica
Recordemos que anaeróbico significa que el ambiente no tiene fuentes libres o combinadas de oxígeno. Las bacterias deben encontrar una fuente diferente de respiración. La digestión anaeróbica es un proceso de tratamiento biológico en dos etapas. El primer paso lo realiza un grupo de bacterias que descomponen los sólidos para formar ácidos volátiles. El segundo paso es otro grupo de bacterias que descomponen esos ácidos volátiles para formar metano, dióxido de carbono y agua.
Al verificar el funcionamiento de un digestor, el pH es un parámetro crítico. El primer paso del proceso de digestión es crear ácidos volátiles. El exceso de ácidos provocará una caída en el pH. Un pH entre 6.6 y 7.6 se considera un rango aceptable. Si el pH cae por debajo de esto, eso es una señal de que no hay suficientes bacterias formadoras de metano para descomponer los ácidos volátiles. Otra forma de examinar esto es observando la relación ácido volátil a alcalinidad. Grandes cantidades de alcalinidad en el lodo podrán amortiguar cambios drásticos en el pH. Si no hay suficiente alcalinidad el pH podría disminuir significativamente y afectar negativamente a las bacterias en el digestor.
La mezcla también es un requisito importante de diseño y operación. Una buena mezcla distribuirá el lodo de manera uniforme por todo el tanque. Esto permite que las bacterias entren en contacto con el lodo crudo y ayuden al proceso de digestión. La mezcla adecuada también evitará la separación de granos y otros sólidos inertes. También evitará el desarrollo de una capa de espuma en la parte superior del digestor.
Existen tres tipos diferentes de digestión anaeróbica en función de cuál es la temperatura de funcionamiento del digestor. Se clasifican por el tipo de bacteria que es más abundante en los rangos de temperatura especificados. El tipo más común es el mesófilo, que opera entre 85ºF y 100ºF. Este es el mismo tipo de digestión anaeróbica que ocurre en el estómago humano. Los digestores psicrófilos operarán entre 50ºF y 68ºF. La ventaja de este tipo de digestor es que no se necesitan sistemas de calefacción externos para elevar la temperatura. Sin embargo, a estas temperaturas más frías, las bacterias no son tan activas. Por lo tanto, los digestores psicrófilos requerirán un mayor tiempo de detención para lograr la estabilización de los sólidos. Ir más caliente que mesófilo es termófilo. Estos digestores operan entre 120ºF y 135ºF. A estas temperaturas más altas, un tiempo de detención de 5 a 12 días puede estabilizar suficientemente los sólidos. Sin embargo, hay un costo agregado para calentar el lodo a estas temperaturas más altas.
Estabilización Química
La estabilización química se logra mediante la adición de hidróxido de calcio,\(\ce{Ca(OH)2}\). También se le conoce comúnmente como lima apagada. Agregar la cal elevará el pH de los lodos hasta el punto en que la actividad biológica se reduzca drásticamente. Esto es muy diferente a la digestión porque la materia orgánica no se reduce. La cal detiene temporalmente la actividad biológica y estabiliza así el lodo. Luego, el lodo se desecha a un relleno sanitario. La estabilización química no es tan común debido a los altos costos, regulaciones e impactos ambientales del manejo de productos químicos.