En una amplia variedad de técnicas de tratamiento de aguas, los contaminantes presentes en el agua son separados y concentrados, en vez de ser eliminados. Tanto los tratamientos físicos, fisicoquímicos como biológicos generan residuos sólidos o lodos. Éstos, mayoritariamente son agua, pues suelen tener una concentración de sólidos que van desde el 0,5% al 5%. En la mayor parte de los casos, independientemente de la disposición final, será conveniente una etapa de deshidratación de residuos en el mismo lugar donde se generan, con el objetivo de reducir el volumen y, por tanto, el coste del transporte.
El estado físico de los lodos depende en gran medida del contenido en agua, pudiendo ser desde un líquido viscoso hasta un sólido polvoriento. En la tabla se muestra el aspecto del lodo en función del contenido en agua.
Tabla de deshidratación de residuos
En la mayoría de los procesos en los que se generan lodos, éstos tienen una concentración de sólidos en torno a 40 g/L (4%). Aumentar más su concentración extrayendo el agua retenida por el lodo, no es posible mediante procesos basados en la gravedad. Para conseguir valores de sequedad del 20% o superiores es necesario someter los lodos a procesos mecánicos, generalmente una filtración o una centrifugación. Los procesos térmicos también son muy eficaces y se utilizan cuando el grado de sequedad deseado es más elevado.
A continuación se exponen las técnicas de deshidratación de lodos más eficientes:
1. Deshidratación de residuos mediante filtros banda
El funcionamiento de los filtros banda se basa en el vertido de los lodos sobre una banda continua de tela filtrante que pasa entre una serie de rodillos giratorios. Al pasar el lodo entre los rodillos, éste se comprime, escurre y pierde parte del agua que contiene, llegando al 20-30% de sequedad a la salida, siempre dependiendo del tipo de lodos. Los rodillos suelen ser de diferentes diámetros para poder ir aumentando la presión ejercida y variar la dirección, ejerciendo así también un efecto de cizalladura.
Entre sus ventajas figuran un coste de explotación contenido, el bajo consumo de energía y la escasa necesidad de mano de obra. Como inconvenientes hay que destacar la baja durabilidad de la tela filtrante y la alta sensibilidad al tipo de lodo.
2. Deshidratación de residuos mediante filtros prensa
Estos filtros están formados por una estructura de tipo bastidor que aloja una serie de placas, las cuales contienen unas telas filtrantes. El lodo penetra en las cavidades formadas entre dos placas contiguas y se ejerce una elevada presión mediante un sistema hidráulico, sobre los 300 kg/cm2, durante un período de hasta 3 horas. El agua atraviesa la tela filtrante y accede a un colector de filtrado, mientras que el lodo forma unas tortas de 2 a 3 cm de espesor. Finalmente las placas se separan y la torta de filtración cae por gravedad. Después de la limpieza el sistema está preparado para repetir el ciclo de filtración. Se pueden conseguir sequedades de hasta el 40%, no obstante los costes de inversión son elevados y el funcionamiento es en discontinuo y muy laborioso.
3. Deshidratación de residuos mediante filtros de vacío
Consiste en un tambor perforado cubierto de una tela filtrante y en su interior se aplica vacío. El tambor está compartimentado en varias secciones independientes. Está parcialmente sumergido en un tanque en el que se encuentra el lodo líquido que se desea deshidratar. Las diferentes secciones del tambor, a medida que éste va girando, van pasando cada una por un ciclo de filtración, lavado y descarga de la torta de filtración, la cual puede tener una sequedad de entre el 20% y el 30%. La velocidad de giro del tambor depende de las características del lodo.
Es un sistema que tiene una elevada capacidad de carga, aunque los costes de inversión, mantenimiento y explotación son elevados.
4. Deshidratación de residuos mediante centrifugación
La separación del agua del lodo se consigue mediante la aplicación de fuerzas centrífugas, habitualmente de magnitud 10.000 veces superior a la gravedad. La centrífuga consiste en un rotor cilíndrico cónico que incorpora en su interior un tornillo helicoidal. Los dos giran a elevada velocidad y en el mismo sentido, aunque el rotor gira más rápido que el tornillo. El lodo se alimenta en la parte central del rotor y es impulsado hacia la periferia debido a la fuerza centrífuga. El agua, al ser más ligera, avanza por el tornillo helicoidal y se recoge en un extremo. Los lodos se van acumulando en las paredes del rotor, son arrastrados a lo largo de la zona cónica y salen por un orificio situado en la parte inferior del extremo opuesto. El fango deshidratado suele tener una sequedad entre el 15% y el 30%, dependiendo del tipo de lodo y de las condiciones de centrifugación.
Se trata de un sistema eficiente, que trabaja en continuo, muy compacto y que necesita poco espacio. En contrapartida, el mantenimiento es crítico y la potencia consumida es importante.
5. Deshidratación de residuos mediante secado térmico
La deshidratación por encima del 35%-40% de sequedad no es posible mediante medios mecánicos, pues el agua libre y capilar ya ha sido eliminada y la que queda es el agua intracelular. Para eliminar este agua es necesario romper la estructura celular, ya sea por medios biológicos, químicos o térmicos.
El secado térmico consiste en incrementar, directa o indirectamente, la temperatura del lodo para que el agua se evapore. Se utiliza para reducir el volumen del lodo, y por tanto reducir sus costes de gestión, y también para revalorizarlo.
Para evaporar el agua se necesita una gran cantidad de energía, por lo que el secado térmico sólo se podrá utilizar cuando haya disponible energía residual de algún otro proceso.
Sea cual sea el proceso de deshidratación, la eficiencia en el proceso mejora de forma considerable si previamente se acondicionan químicamente los lodos.
Los productos químicos más utilizados son el cloruro férrico, el sulfato de hierro o de aluminio y la cal. También se utilizan con excelentes resultados los polielectrolitos catiónicos, ya que se dosifican con facilidad, su consumo no es muy elevado y proporcionan una gran eficiencia. Además, los polielectrolitos no aumentan la cantidad de lodos producidos, como sí ocurre con las sales inorgánicas. El producto que presenta mayor eficiencia, así como la dosis que se debe utilizar, variará en función de las características de los lodos. Por este motivo, se deberán realizar ensayos en el laboratorio en cada caso.
Así pues, en los sistemas de tratamiento de aguas se generan residuos sólidos con un elevado contenido en agua. La eliminación parcial o total de este agua será clave para reducir los costes de transporte y de gestión. La técnica de deshidratación más conveniente en cada caso dependerá de las características de los lodos producidos así como de factores externos (disponibilidad de mano de obra, precio de la energía, espacio disponible, etc.). Y, si se desea alcanzar un elevado valor de sequedad, se deberá recurrir a un proceso térmico.
