lodos de desecho

Estudio de Mercado para el Aprovechamiento Sustentable de las Aguas Residuales Tratadas en el Edo. de B.C.
Comisión Nacional del Agua
1. DESCRIPCIÓN DE LAS PLANTAS GENERADORAS DE LODOS
En el municipio de Tijuana existen actualmente 5 plantas de tratamiento de
aguas residuales, en un futuro se construirán tres más obteniéndose un total
de 8 plantas para el municipio.
PLANTAS ACTUALES
PTAR
San Antonio de
Buenos
PITAR
los
Ecoparque
Gasto Lts/seg.
1,100
1,100
5
San Antonio del Mar
2.5
Santa Fe
30
Situación Actual
Lagunas aireadas en
rehabilitación.
Realiza un tratamiento
primario avanzado.
Utiliza el tratamiento de
filtros roceadores con el
50% de eficiencia.
Zanjas de oxidación con
lechos de secado.
Zanjas de oxidación,
actualmente trabaja con
una tercera parte de su
capacidad.
PLANTAS PROYECTO
PTAR
Tecolote la Gloria
La Morita
Monte de los Olivos
Gasto Lts/seg.
60
20
40
Situación Actual
Lodos Activados
Lodos Activados
Lodos Activados
Las plantas de tratamiento actuales producen cantidades de lodos de desecho
en las diferentes etapas de su proceso de tratamiento, los lodos de desecho se
considera como una masa de sólidos en suspensión dentro de un volumen de
agua con la particularidad de que la concentración de sólidos en dicho volumen
es tal, que la densidad del lodo es mayor que la del agua. Podríamos decir que
los lodos son aguas residuales altamente concentradas.
Los lodos de desecho producidos por las PTARs San Antonio del Mar y Santa
Fe, son destinados a la planta de tratamiento San Antonio de los Buenos
debido a que el volumen de producción de lodos de estas dos plantas es
pequeño. La finalidad de disponer los lodos en los terrenos de la PTAR San
Antonio de los Buenos es que en este sitio se les dará el manejo y tratamiento
adecuado con forme a la normatividad correspondiente.
Tijuana, B. C.
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2. PRODUCCIÓN DE LODOS
Los volúmenes de aportación de lodos en la ciudad de Tijuana según los datos
proporcionados por la Comisión Estatal de Servicios Públicos de Tijuana
(CESPT) de las diferentes plantas de tratamiento de aguas residuales
existentes y en proyecto es la siguiente:
PLANTAS EXISTENTES
PTAR
Volumen de lodos
m³/día
PITAR
San Antonio de los
Buenos
51.84
Ecoparque
0.137
San Antonio del Mar
0.098
Santa Fe
Sumatoria
75.6
0.471
128.146
PLANTAS PROYECTO
PTAR
Tecolote la Gloria
La Morita
Monte de los Olivos
Sumatoria
SUMATORIA TOTAL
Volumen de lodos
m³/día
14.924
14.924
18.065
47.913
176.059
Lodos al 20% sólidos
Nota: La información del volumen de lodos generado por cada planta se sustenta en el
Anexo I.
Como se observa en la tabla anterior la ciudad de Tijuana actualmente produce
un volumen total de 128.146 m3/día de lodos de desecho, con el desarrollo de
las PTARs proyecto el volumen de lodos en la ciudad aumentaran a 176.059
m3/día.
Los lodos de desecho procedentes de la diferentes PTARs presentan un
estado físico sólido del 20% con un 80% de humedad. La gravedad específica
del lodo de desecho es de 1.1 ton/m 3, con base a lo anterior obtenemos lo
siguiente:
Tijuana, B. C.
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PTAR
Volumen de lodos
m³/día
Volumen de lodos
Ton/día
PITAR
San Antonio de los
Buenos
75.6
83.16
51.84
57.024
Ecoparque
0.137
0.1507
San Antonio del Mar
0.098
0.1078
0.471
128.146
0.5181
140.9606
Santa Fe
Sumatoria
Lodos al 20% sólidos
Obteniéndose un total de 140.96 Ton/día para la ciudad de Tijuana.
3. CALIDAD DE LOS LODOS
Para fines de identificación y control de los lodos de desecho la SEMARNAT
establece la aplicación de la Norma Oficial Mexicana NOM-004-ECOL-2003
que establece las especificaciones y los límites máximos permisibles de
contaminantes en los lodos y biosólidos para su aprovechamiento y disposición
final.
Dentro de las especificaciones de esta norma en el apartado 4.1. se hace
mención que para que los lodos se puedan aprovechar o disponer se debe
demostrar, cada dos años, que estos no son corrosivos, reactivos, explosivos,
tóxicos o inflamables de acuerdo con la NOM-052-ECOL-1993, y también que
estos no sobrepasen los limites máximos permisibles de patógenos
establecidos en la tabla 3 de la NOM-004-ECOL-2003.
Para fines prácticos del análisis de los lodos de desecho de la ciudad de
Tijuana se elaboro el análisis CRETIB completo donde se incluye la B de
biológico infeccioso
Como se hace mención anteriormente, los volúmenes de lodos generados en
las diferentes PTARs de Tijuana son destinados a la PTAR San Antonio de los
Buenos donde se analizan. Actualmente los lodos solo son analizados con
forme a la metodología establecida por la NOM-052-ECOL-1993, haciéndose el
análisis CRETIB completo donde se incluye la detección de organismos
biológico infecciosos, los resultados obtenidos se presentan en la siguiente
tabla:
Tijuana, B. C.
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CARACTERÍSTICAS
C
Corrosividad
LODOS DE DESECHO
Abajo del limite permisible
R Reactividad
No se observa reacción
E Explosividad
Muestra estable
T
Toxicidad al Ambiente
Abajo del limite permisible
I
Inflamabilidad
No se presenta
B Biológico Infecciosa
No contiene bacterias,
otros microorganismos
toxinas.
virus,
y
Nota: en el Anexo II se presentan los análisis completos realizados a los
lodos de desecho por el laboratorio Cideteq.
Los lodos de desecho de la ciudad de Tijuana no sobrepasan los límites de
clasificación de residuos peligros CRETIB establecidos por la NOM-052-ECOL1993, por lo que pueden ser usados sin ningún problema ya que no son
considerados como residuos peligrosos por lo que no pueden causar daño
alguno sobre los seres humanos y el medioambiente.
4. UTILIZACIÓN DE LOS LODOS
La utilización se refiere al uso beneficio de los lodos o sus subproductos.
Usos de los Lodos:
1) Mejorador del suelo. El lodo contiene nutrientes para los cultivos, puede
usarse como mejorador de suelos en sitios agrícolas pobres y bosques
dañados.
2) Fuente de calor y trabajo. La energía puede recuperarse de la pirolisis
parcial o total del lodo. Esta energía se puede convertir en calor o
trabajo y puede ser empleada industrialmente.
3) Fuente para la elaboración de materiales. Los lodos de desecho pueden
ser utilizados para la elaboración de materiales de construcción como
tabiques y losetas.
Tijuana, B. C.
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Usuarios potenciales:
1) Para la utilización como mejorador de suelos, no se localizó ningún
usuario potencial cercano a estas plantas dentro del municipio de
Tijuana.
2) Para la utilización de los lodos como fuente de calor y trabajo se localizó
a CEMEX como usuario potencial el cual requiere los lodos secos al 90
% de sólidos. Por lo tanto se hace necesario el secado en el sitio de los
lodos. El proceso de secado en una forma económica propuesto es el
que se describe en el punto número 5 utilizando la energía solar (Se
anexa encuesta hecha a CEMEX)
3) La CESPT actualmente realiza pruebas para la producción de tabiques y
losetas fabricadas con este lodo. Estas pruebas las realiza junto con la
UABC y están a la espera de los resultados finales. En caso de ser
satisfactorios técnicamente y económicamente sería conveniente este
aprovechamiento.
5. PROCESO DE SECADO PROPUESTO
Algunos de los problemas que se podrían presentar con el manejo de los lodos
en estado original son los siguientes:

A pesar de ser efluentes muy concentrados en sólidos, el porcentaje en
peso de agua sigue siendo considerable por lo que el contenido de
sólidos es bajo y complica su manejo.

Los grandes volúmenes que se generan implican la instalación de
tuberías de gran tamaño y altos costos de bombeo.

Las necesidades de confinamiento/tratamiento son mayores, pues los
volúmenes son muy grandes.

Los usuarios potenciales de este recurso los requieren con un
porcentaje de humedad menor del 60%.
Para un uso y manejo adecuado de los lodos es necesario que estos sean
sometidos a un tratamiento físico de deshidratación. Por estas razones es
conveniente seleccionar un sistema de deshidratación, la selección del sistema
de deshidratación dependerá:



Las características del lodo (densidad, viscosidad, origen, etc.)
Espacio disponible en el sitio de tratamiento.
Contenido de humedad remanente requerido para la disposición final o
tratamiento.
Tijuana, B. C.
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Para la disposición económica de los lodos y aprovechamiento final es
conveniente la deshidratación de estos. El proceso propuesto es la utilización
de energía solar con invernaderos concentradores de rayos solares para
aprovechar las altas radiaciones. El termino designado para este sistema de
tratamiento de deshidratación es “Secador Solar”.
5.1. Secador Solar
El secador solar o invernadero de lodos debe estar construido con un material
de plástico transparente en techos inclinados mirando al sur con un ángulo de
inclinación de igual a la latitud del sitio + 15, para la ciudad de Tijuana en
donde la latitud es de 32N, la inclinación del muro deberá ser de 47 (32 +
15) para obtener un mejor aprovechamiento de energía.
La radiación en Baja California es de un poco más de 20,000 kilojouls la cual es
estimada en forma aproximada y gruesa = 20,000 BTU.(1.0 BTU = 1.0 Kilo
Joule)
Con esta información proporcionada se explica que el “Secador Solar” puede
captar hasta un 50 o 60% de los Kilojouls en energía calorífica mediante el
método de invernadero con concentradores.
La luz solar atraviesa el vidrio y es absorbida por los objetos dentro del
invernadero, los objetos calentados ceden de nuevo ese calor en forma de
radiación, pero no emiten luz visible si no radiaciones infrarrojas la cual se
refleja en las paredes del invernadero y se va acumulando en su interior. Las
paredes del invernadero (de vidrio o plástico) no dejan pasar la luz o
radiaciones infrarrojas o ultravioletas, conservándose de esta manera la
energía que se aprovecha más rápido para el secado de los lodos.
El sistema térmico “Secador Solar” consiste en una cámara translucida, con
censores para monitorear las condiciones de secado (ambiente del
invernadero), aberturas para aire, ventiladores y un microprocesador que
optimiza la mezcla de aire en el ambiente, el microprocesador es el cerebro,
asume que el potencial de secado se optimice para que la energía de la
radiación solar se maximice para producir un lodo consistente y seco en
relativamente corto tiempo.
El trabajo eficiente del “Secador Solar” se basa principalmente en las ventajas
que ofrece la energía solar.
1. El sol entrega su abundancia sobre la tierra.
2. El sol nos envía 500 veces más energía de la que consumimos.
3. Aunque usualmente pensamos que la energía solar es simplemente la
luz solar, el término incluye otros recursos.
Tijuana, B. C.
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3.1. El calentamiento de la tierra y su atmósfera genera vientos y ondas,
lluvias y corrientes por diferencias en la temperatura de los
océanos.
3.2. Hace crecer a los árboles que generan calor al quemar la madera.
3.3. Hace crecer a las plantas y estas se pueden transformar en alcohol.
4. El potencial de la zona de Baja California es de 20,000 Kilojouls por
metro cuadrado.
5. Los colectores en el hemisferio Norte, son más efectivos en techos
mirando hacia el sur y con ángulo de inclinación igual a la latitud del sitio
más 15.
6. La energía solar es usada para calentar el aire con colectores que miran
al sur en techos inclinados conforme a la latitud.
7. Los invernaderos son construcciones especiales para la captación solar.
8. Las celdas fotovoltaicas o celdas solares son una promesa para
utilizarse en Baja California.
9. El doble vidrio proporciona una cámara de aire caliente que permite
mantener el calor interior durante un tiempo más largo.
Ventajas del “Secador Solar”

Baja energía y bajo costo de operación.

El sistema puede ser construido por el organismo operador (CESPT).

Reduce el volumen de lodo con concentración de hasta 90% de sólidos.

Resultados consistentes para una disposición más económica.

Se aplica a todo tipo de lodo.

Pauteriza el lodo para su manejo sin dañar la salud
Con el proceso descrito el lodo alcanzará una concentración del 90 % de
sólidos requerido y se podrá trasladar para su combustión a CEMEX. El costo
principal para esta utilización es el transporte.
Los volúmenes de lodo seco se reducen en un 80 % de los originales, por lo
cual si tenemos una generación de lodos para Tijuana de 128.14 m³/día se
obtendrían sólo unos 25 m³/día, por lo tanto se reduce el costo del transporte.
Tijuana, B. C.
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DIMENSIONAMIENTO DEL SECADOR SOLAR.
Producción de lodos = 128 m³/día = 140 ton/día
Lodo al 20 % de sólidos; 80 % de Agua.
Análisis de calor necesario por m³.
1.0 m³ = 1,000 litros
800 litros de agua
Temperatura inicial: 20ْ C
Temperatura a elevar: 100ْ C – 20ْ C = 80ْ C
Secador Solar: 20,000 kilo joules / m² = 20,000 BTU / m²
Con las condiciones de diseño se puede captar hasta un 60 % de dicha
radiación.
Energía necesaria = 1,000 X 80 = 80,000 BTU’s / m³
Área necesaria = 80,000 / (20,000 X 0.60) = 6.7 m²
Una vez ajustado el secador solar a la temperatura máxima con los
concentradores solares se requerirán 6.7 m² / m³ de lodos durante una hora
para secar el lodo de un 20 % de sólidos a un 80-90 % de sólidos.
Estimando un promedio de 6 horas diarias de radiación solar se requiere un
área total para los lodos de Tijuana de:
Área necesaria = (128 m³ X 6.7 m² / m³) / 6 = 173 m²
Se seleccionan 8 trenes de 25.00 metros de largo y 1.50 metros de ancho para
dar un área total de 300 m² y procesar los lodos en forma más flexible.
Tijuana, B. C.
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COSTOS DEL SECADOR SOLAR.
El costo de una unidad secadora de 25 m de largo y 1.50 m de ancho conforme
al plano del proyecto anexo es de:
$ 420,000.00 m.n. incluye: obra, sensores y equipo para mover el lodo.
Para las plantas de Tijuana sería:
No. De unidades = 8 piezas.
Costo de inversión = 3`360,000.00
Costo de operación y mantenimiento = 360,000.00 $ / año.
La anualidad por inversión con un plazo de 9 años y al 12 % anual.
A = 630,672 $ / año
Costo total anual = 630,672 + 360,000 = 990,672.00 $/año. (Amortización de
capital)
Volumen tratado por año = 128 m³ / día = 46,720 m³ / año
Costo unitario de tratamiento = 990,672 / 46,720 = 21.20 $ / m³
La reducción del volumen es drástica y alcanza por lo menos reducir en un 80
% el volumen inicial.
Volumen final = 128 X 0.20 = 25.6 m³ / día (lodos secos al 85-90 % de sólidos)
Volumen mensual = 25.6 X 30 = 768 m³
Este lodo seco a las condiciones indicadas se puede depositar en un terreno
cercano y sólo subiría 7.6 cm en una superficie de una hectárea. En un año
subiría el nivel sólo 91 cms.
Tijuana, B. C.
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Un lodo seco al 85 % de sólidos puede utilizarse como combustible, como
acondicionador de suelos agrícolas y/o como relleno. Puede también, ser
incorporado para formar composta y transportarse en sacos para su
distribución.
En caso de ser trasladado a CEMEX para su pirolisis el viaje de 25 m³ tiene un
costo de 5,000 $ / viaje.
El costo anual es de:
365 X 5,000 = $ 1`825,000 de transporte desde la planta de San Antonio de los
Buenos a CEMEX Ensenada.
Tijuana, B. C.
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