- 1. UNIVERSIDAD AUTNOMA DE YUCATNFACULTAD DE INGENIERATesis
presentada por:Br. Rodrigo Manuel Lpez vila
2. Conforme el paso del tiempo la poblacin de Yucatn ha
idoincrementndose en gran medida. Las aguas residuales irn
acarreando ms slidos hacia las plantasde tratamiento. La
contaminacin no solo se da por la mala disposicin de las
aguasservidas, sino que en mltiples ocasiones los lodos son
desechadosal medio ambiente sin ningn manejo previo a su disposicin
final. 3. Turovskiy y Mathai (2006), sealan que el manejo de los
residuosproducidos por estos complejos sistemas representa un 40 o
50%del costo del tratamiento total. Actualmente el procedimiento
tpico en la regin es el secado al airelibre, sin embargo desde 1994
el secado solar en invernaderos seha aplicado satisfactoriamente en
Europa. Se propone comparar la eficiencia del secado solar de lodos
entre elmtodo tradicional a la intemperie y el secador solar
tipoinvernadero. Se espera que los lodos alcancen una humedad de
hasta un50%, en aproximadamente 21 das. 4. Se recurre a la planta
de tratamiento de aguas residuales delfraccionamiento Paseos de
Opichn en la ciudad deMrida, Yucatn. Se seleccionan dos lechos de
secado, a uno de ellos se le adaptauna estructura metlica cubierta
con plstico tipo invernadero. Se desarrollaron tres experimentos,
en cada uno de ellos semonitore la temperatura ambiental del
interior y delexterior, humedad y lluvia, se muestre el lodo
durante el tiempo desecado para conocer el comportamiento de sus
propiedades fsicas(slidos totales y solidos voltiles totales). 5.
Objetivo general. Comparar la eficiencia de un secador solar de
lodos tipo invernadero y unsecador solar de lodos expuesto a la
intemperie, mediante el anlisis delclima y las caractersticas
fsicas del lodo, a travs del proceso de secadoen ambos sistemas.
Objetivos especficos.1. Conocer y comparar la velocidad de secado
de los lodos en amboslechos.2. Medir la cantidad de slidos totales
y slidos voltiles totales en loslodos de ambos secadores solares
durante el proceso de secado.3. Medir la temperatura y humedad
relativa dentro del secador solar delodos tipo invernadero y
compararla con el clima de la intemperie. 6. El secado de lodos
solar tipo invernadero surge en Europa debido ala problemtica del
clima, transporte y disposicin final de los lodosresiduales. Otros
mtodos como el secado en hornos especializados o pormedios
puramente mecnicos requieren de altas cantidades deenerga. Las
empresas pioneras de esta tecnologa son tres:Thermo-System TM,
Hubers Kult TM y ISTs WendeWolf TM. 7. De las tres,
Thermo-SystemTM, es la que posee mayor prestigio.Cuenta con 26
plantas de secado alrededor de Europa y ms de120 alrededor del
mundo. El proyecto Thermo-System surgi en la Universidad
deHohenheim, Alemania, y los principales objetivos fueron:a) La
reduccin de la masa de lodos de aguas residualesb) Estabilizacin de
los lodos de aguas residualesc) Medir la cantidad de energa
consumida para el secado y estabilizacind) Demostrar, en parmetros
econmicos, la factibilidad del uso de la energasolar. 8. Segn esta
empresa, son cinco los factores decisivos para unsecado efectivo
del lodo:1. La temperatura del aire que circula en el
invernadero.2. La humedad del aire que circula en el invernadero.3.
La velocidad del flujo que circula sobre el lodo.4. La estructura
de la superficie del lodo a secar.5. La temperatura del lodo. 9.
Para cubrir estos factores de manera satisfactoria, sus sistemas
cuentancon las siguientes caractersticas:1. Cubierta2. Ventilacin
interior3. Ventanas4. Extractores de aire5. Piso con drenaje6.
Movimiento de lodos 10. La segunda empresa mas importante es ists
WendeWolf TM. El diseo de sus invernaderos cuenta con un techo que
puedeabrirse y ventanas laterales. 11. Para el diseo de sus
secadores esta empresa toma en cuenta lossiguientes factores: El
rea expuesta a la radiacin solar. La diferencia de humedad entre el
exterior y el interior. La velocidad con la que el viento circula
sobre la superficie del lodo. La caracterstica principal es una
mquina instalada en cadacompartimiento, la cual ocupa todo el ancho
y es capaz de removertodo el lodo. 12. En nuestro pas la ing.
Nathalia Valencia B. realiz su tesis (2008)Secado solar de lodos
residuales municipales. Concluye que el secado tipo invernadero no
es conveniente enzonas hmedas a menos que se tenga un sistema de
circulacin deaire. 13. Los slidos removidos de las aguas residuales
son conocidos comolodos. Las caractersticas de los lodos dependen
del origen de las aguasdonde se extrajeron. Se podra decir que
existen tantos tipos de lodos como distintasclases de aguas
residuales. 14. LodosPorcentaje deconcentracin
deslidosCaractersticasCrudos primarios 4 -- 8 Mal olor, alto
porcentaje de agua, color caf, difcilde secar con lechos
filtrantes, es posible secarlopor medios mecnicos.Desecho de
lodosactivados0.5 -- 1.5 Poco olor, color caf amarillento,
esponjoso, conmucha actividad biolgica, difcil de secar.De filtro
de humus 3 -- 4 Esponjoso, color caf y en ocasiones
negro.Digeridosaerbicamente 1 -- 3Poco olor, color caf amarillento,
en algunasocasiones difcil de secar, con actividad
biolgicamoderadaDesechos dealuminio 0.5 -- 1.5Color amarillo
grisceo, sin olor, muy difcil desecar.Tabla 1. Tipos de lodos y sus
caractersticas.(Fuente: Vesilind, 1975) 15. Caractersticas fsicas y
qumicas del lodo. Caractersticas qumicas:o Son de suma importancia
para poder aclarar el efecto de ladisposicin final en el medio
ambiente o en la consideracin de lasposibles alternativas de
reutilizacin. Caractersticas fsicas:o Se le ha dado ms importancia
a los aspectos biolgicos dellodo, que a los fsicos.o Sin embargo el
problema econmico que se tiene con el manejo ydisposicin de los
lodos es debido a sus caractersticas fsicas.o A continuacin se
presentan las caractersticas fsicas msrelevantes divididas en tres
secciones: Concentracin deslidos, sedimentacin y distribucin de la
humedad. 16. Concentracin de slidos. Gravedad especfica. Slidos
totales. Slidos disueltos. Slidos suspendidos totales.Sedimentacin.
Volumen de lodo sedimentado. Zona de sedimentacin. ndice de volumen
de lodos.Distribucin de la humedad. 17. Slidos totales: Se refiere
a la suma de la materia slida suspendida ydisuelta en el lodo
residual. Slidos disueltos: Los slidos suspendidos son una fraccin
de los slidostotales y son identificados porque es la porcin del
aguaresidual que es capaz de atravesar un filtro estndar
(conaberturas de 2nm o menores) Slidos suspendidos totales: Los
slidos suspendidos son una fraccin de los slidos totales yson
identificados porque es la porcin del agua residual que no escapaz
de atravesar un filtro estndar (con aberturas de 2nm omenores). 18.
Volumen de lodo sedimentado: Esta prueba se utiliza para determinar
la tasa del flujo de retorno enlodos y para saber cundo desecharlo.
Consiste en una prueba deprecipitacin que se realiza en un cilindro
graduado de un litro, serevuelve la muestra y se deja esttica
durante 30 min.ndice de volumen de lodos: El ndice de volumen de
lodos se refiere a la cantidad de volumende lodo ocupado por un
gramo de slidos. Para poder obtener este ndice es necesario haber
realizado dosmediciones previas, el volumen de lodo sedimentado y
el peso delos slidos suspendidos totales. 19. Diferentes fuerzas de
retencin resultan entre los slidos y el aguaen el lodo. El agua
interna del lodo est incluida en las partculas individuales.sta
solo puede ser removida rompiendo la membrana de laspartculas . El
agua externa es la que se encuentra en las capas exteriores delas
partculas (adsorcin) y la que se encuentra entre las
partculas(capilaridad intersticial). 20. Categora Volumen ocupado
(%)Agua libre 75Agua en los flculos 20Agua de capilaridad 2Agua en
partculas 2.5Slidos 0.5Total: 100Tabla 4. Distribucin del agua en
lodos digeridos.(Fuente: Vesilind, 1975) 21. Tratamiento de lodos.
Digestin. Degradacin de la materia orgnica hasta detener reacciones
qumicas ybioqumicas. Acondicionamiento. Tratamientos para mejorar
eficiencia en espesamiento y deshidratacin. Espesamiento.
Concentracin de slidos, hasta un 15%. Deshidratacin. Remocin de
humedad por medios artificiales. Secado. 22. Remocin de humedad por
medios naturales. Se basa en el uso de lechos de secado. La remocin
de humedad en stos depende defactores internos y externos. Factores
externos: temperatura, humedad relativa, velocidad del aire
yrelacin entre substancia a secar y las corrientes de aire 23.
Comportamiento general de los lodos residuales durante elproceso de
secado (bajo condiciones constantes).Humedad El proceso cuenta con
un perodo constante y otro que va en decremento. La razn de secado
constante concluye cuando el lodo obtiene un 75% dehumedad y el
primer decremento termina cuando el lodo tieneaproximadamente 50%;
los factores externos intervienen en estos lapsos. 24. A partir del
segundo punto crtico, la llegada del agua a la superficie esmenor
que la tasa de evaporacin. Los factores que afectan al grado de
secado en este periodo son los que afectanal movimiento de la
humedad dentro del material, como la naturaleza fsica yqumica del
lodo. El primer punto crtico nos indica la cantidad de agua que
puedeescurrir, el agua libre. El agua entre ambos puntos crticos
representa el agua intersticial,adherida por fuerzas capilares.
Debajo del segundo punto crtico se encuentra el agua interna. 25.
Los mtodos tradicionales para la disposicin final de lodos sonlos
rellenos sanitarios, composteo e incineracin. Rellenos sanitarios y
composteo: mtodos menos estrictos paradisposicin final de lodos
(aceptan lodo con menos del 60% de humedad)*. Wang y col. (2009)
indican que el decremento de consumo deenerga necesaria para
deshidratar el lodo a un 50% dehumedad, ha sido la clave para una
disposicin final segura yeconmica.*Segn estndares nacionales
chinos.(Ministerio de Vivienda y Departamento Urbano-Rural en
China, 2009) 26. Mes Mnima MximaDas conlluviaPrecipitacin(mm)Enero
17C 31C 4 38Febrero 17C 32C 3 32Marzo 18C 34C 3 25Abril 20C 35C 2
25Mayo 21C 36C 5 72Junio 21C 35C 10 143Julio 21C 35C 13 171Agosto
21C 35C 13 139Septiembre 21C 34C 14 174Octubre 21C 33C 10
123Noviembre 19C 32C 6 61Diciembre 17C 31C 5 4888 1051Fuente:
Servicio Meteorolgico Nacional, Mxico.Datos registrados en el
periodo 19712000Los das asoleados son : 277 das 27. Planta de lodos
activados (aeracin extendida). Criba gruesa. Canal de desarenacin.
Criba fina. Zona anxica. Tanque de aireacin. Tanque sedimentador.
Tanque de contacto de cloro. Tanque digestor (aerobio) de lodos.
Lechos de secado. 28. Equipo para monitoreo de datos meteorolgicos.
Digi-Sense 12-channel scanning thermocouple thermometer,
ColeParmer. USB-502-LCD, humidity and temperature data logger.
Datos proporcionados por la CONAGUA. 29. Caracterizacin fsica del
lodo utilizado para losexperimentos. Prueba de sedimentabilidad.
ndice de volumen de lodos. 30. Experimento 1 Dos ventiladores
interiores Un extractor (1550 rpm, 1/40 HP, 930 m3/hora) Ventana
31. Factores que intervinieron en el experimento 1 32. Los
ventiladores y extractor fueron controlados por uninterruptor
programable. (Legrand, modelo MaxiRex 4QTB) 33. Horario
ConfiguracinDe 10:00am a 2:00pmEncendido y apagado enintervalos de
30 minutosDe 2:00pm a 3:00pmEncendido sininterrupcin.De 3:00pm a
5:00pmEncendido y apagado enintervalos de 30 minutosDe 5:00pm a
10:00am ApagadoConfiguracin en los primeros 5 das (11 16 Mayo del
2012)Configuracin en los siguientes 15 das (17 Mayo 1 Junio del
2012)Horario ConfiguracinDe 10:00am a 7:00pmEncendido durante 10
minutosy apagado de 20 minutosDe 7:00pm a 3:00amEncendido durante
10 minutosy apagado de 30 minutos 34. Configuracin en los ltimos 20
das (1 Junio 20 Junio del 2012)Horario ConfiguracinDe 8:00am a
6:00pmEncendido y apagado enintervalos de 10 minutosDe 6:00pm a
11:00pmEncendido durante 20 minutos yapagado de 10 minutosDe
11:00pm a 2:00amEncendido durante 10 minutos yapagado de 20
minutosDe 2:00am a 5:00am ApagadoDe 5:00am a 8:00amEncendido
durante 10 minutos yapagado de 20 minutosEl experimento llega a su
fin cuando el lodo de ambos lechos alcanza unaapariencia y
consistencia slida (50% - 60% de humedad) 35. Experimento 2o
Cambios respecto al experimento 1:1. Sustitucin de la ventana por
extractor.2. Cambio en la granulometra de los filtros
paraescurrimiento. 36. Factores que intervinieron en el experimento
2 37. Configuracin del interruptor durante el experimento 2 (1
Agosto 22Agosto del 2012)Horario ConfiguracinDe 5:00am a 6:00pm
Encendido y apagado en intervalosde 30 minutosDe 6:00pm a 8:00pm
ApagadoDe 8:00pm a 1:00am Encendido durante 30 minutos ydescanso de
50 minutosDe 1:00am a 5:00am Apagado 38. Experimento 3o El
experimento 3 fue realizado con las mismascaractersticas que el
experimento 2. 39. a) Muestreo previo al vertido de lodos en
cadaexperimento.b) Muestreo de lodo lquido.c) Muestreo de lodo
semi-slido.d) Muestreo de lodo slido. 40. Se efectuaron mediciones
de slidos totales yslidos voltiles totales tres veces por
semanadurante la duracin de los experimentos. 41. Los datos
meteorolgicos registrados setabularon y graficaron en Microsoft
Excel. Con los datos obtenidos en laboratorio se aplicaronlas
frmulas correspondientes y se obtuvieron losvalores de Slidos
Totales y Slidos VoltilesTotales, se tabularon y graficaron. 42.
Experimento No.Slidostotales(mg/L)Lodosedimentado(ml/L)ndice
devolumen delodo(SVI)Experimento 1 6930 805 116.16Experimento 2
9410 940 99.89Experimento 3 9475 930 98.15Resultados de la
caracterizacin de lodos previo a cada experimento.Para conocer la
eficiencia de secado se tabularon los datos de Slidostotales,
Slidos voltiles totales y porcentaje de humedad con respecto
altiempo.Para que el experimento se considere satisfactorio se
tomaron comoparmetros los valores indicados por los estndares
chinos. 43. TiempoLecho abierto Lecho cerradoConcentracin (%)
Humedadcontenida(%)Concentracin (%) Humedadcontenida(%)Mes Fecha
DaST-L.A.-g/kgSVT-L.A.-g/kgST-L.C.-g/kgSVT-L.C.-g/kgMayo14-may 0
0.8% 0.3% 99.2% 0.7% 0.3% 99.3%16-may 2 1.3% 0.5% 98.7% 0.9% 0.3%
99.1%18-may 4 1.1% 0.4% 98.9% 1.1% 0.4% 98.9%21-may 7 1.0% 0.4%
99.0% 1.2% 0.3% 98.8%28-may 14 1.9% 0.7% 98.1% 2.8% 0.9%
97.2%30-may 16 3.7% 1.1% 96.3% 3.3% 1.1% 96.7%Junio01-jun 18 3.0%
1.1% 97.0% 3.6% 1.1% 96.4%05-jun 22 4.0% 2.6% 96.0% 2.6% 1.3%
97.4%08-jun 25 5.8% 4.2% 94.2% 4.5% 3.0% 95.5%11-jun 28 13.3% 11.1%
86.7% 11.8% 9.6% 88.2%13-jun 30 10.9% 9.0% 89.1% 24.1% 20.7%
75.9%15-jun 32 27.7% 5.4% 72.3% 8.0% 5.3% 92.0%18-jun 35 27.9%
16.6% 72.1% 18.9% 12.5% 81.1%20-jun 37 22.2% 13.7% 77.8% 22.8%
14.2% 77.2%26-jun 43 22.9% 14.0% 77.1% 32.7% 19.5% 67.3%29-jun 46
66.3% 35.0% 33.7% 89.4% 47.2% 10.6% 44. TiempoLecho abierto Lecho
cerradoConcentracin (%)Contenidodehumedad(%)Concentracin
(%)Contenidodehumedad(%)Mes Fecha
DaST-L.A-g/kgSVT-L.A.-g/kgST-L.C.-g/kgSVT-L.C.-g/kgAgosto06-ene 1
1.0% 0.3% 99.00% 1.0% 0.3% 99.00%10-ene 5 2.7% 0.9% 97.30% 4.7%
1.2% 95.30%14-ene 9 4.5% 1.3% 95.60% 10.6% 1.6% 89.40%17-ene 12
3.1% 0.9% 97.00% 6.7% 1.5% 93.30%20-ene 15 6.6% 1.8% 93.50% 9.0%
2.6% 91.00%22-ene 17 22.8% 3.0% 77.20% 21.3% 3.5% 78.80%24-ene 19
22.4% 4.1% 77.60% 27.4% 4.8% 72.60%27-ene 22 38.2% 13.2% 61.80%
51.2% 20.3% 48.80% 45. TiempoLecho abierto Lecho
cerradoConcentracin (%) Contenidodehumedad(%)Concentracin
(%)Contenidodehumedad(%)Mes Fecha
DaST-L.A.-g/kgSVT-L.A.-g/kgST-L.C.-g/kgSVT-L.C.-g/kgSeptiembre04-sep
0 1.0% 0.3% 99.0% 0.99% 0.3% 99.0%06-sep 2 2.1% 0.6% 97.9% 5.1%
1.1% 94.9%10-sep 6 3.7% 1.1% 96.3% 7.5% 2.2% 92.4%12-sep 8 5.1%
1.3% 94.9% 7.37% 2.1% 92.6%14-sep 10 6.6% 1.7% 93.4% 9.1% 2.7%
91.0%18-sep 14 18.1% 2.4% 81.9% 20.8% 3.4% 79.2%21-sep 17 21.3%
3.7% 78.7% 27.3% 4.6% 72.7%24-sep 20 27.9% 10.5% 72.1% 46.1% 18.9%
53.9%26-sep 22 29.4% 11.5% 71.0% 49.8% 20.8% 50.2%28-sep 24 28.1%
11.4% 71.9% 54.6% 21.1% 45.3%Octubre02-oct 28 30.2% 11.6% 69.9%
59.3% 29% 40.7%03-oct 30 - - - 76.9% 45.1% 23.1%22-oct 49 84.6%
46.4% 15.4% 89.4% 48.5% 10.6% 46.
0.00000.10000.20000.30000.40000.50000.60000.70000.80000.90001.00000
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46
48STL.A.gr/KgSVTL.A,gr/KgSTL.C.gr/KgSVTL.C,gr/KgEXPERIMENTO 1 47.
0.00000.10000.20000.30000.40000.50000.60000.70000.80000.90001.00000
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46
48STL.A.gr/KgSVTL.A,gr/KgSTL.C.gr/KgSVTL.C,gr/Kg 48.
0.00000.10000.20000.30000.40000.50000.60000.70000.80000.90001.00000
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46
48STL.A.gr/KgSVTL.A,gr/KgSTL.C.gr/KgSVTL.C,gr/Kg 49.
0.00000.10000.20000.30000.40000.50000.60000.70000.80000.90001.00000
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46
48STL.A.gr/KgSVTL.A,gr/KgSTL.C.gr/KgSVTL.C,gr/Kg 50.
0.00000.10000.20000.30000.40000.50000.60000.70000.80000.90001.00000
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46
48STL.A.gr/KgSVTL.A,gr/KgSTL.C.gr/KgSVTL.C,gr/KgEXPERIMENTO 1 51.
0.00000.10000.20000.30000.40000.50000.60000.70000.80000 2 4 6 8 10
12 14 16 18 20 22 24
26STL.A.gr/KgSVTL.A,gr/KgSTL.C.gr/KgSVTL.C,gr/KgEXPERIMENTO 2 52.
0.00000.10000.20000.30000.40000.50000.60000.70000.80000 2 4 6 8 10
12 14 16 18 20 22 24
26STL.A.gr/KgSVTL.A,gr/KgSTL.C.gr/KgSVTL.C,gr/KgEXPERIMENTO 2 53.
0.00000.10000.20000.30000.40000.50000.60000.70000.80000 2 4 6 8 10
12 14 16 18 20 22 24
26STL.A.gr/KgSVTL.A,gr/KgSTL.C.gr/KgSVTL.C,gr/KgEXPERIMENTO 2 54.
0.00000.10000.20000.30000.40000.50000.60000.70000.80000 2 4 6 8 10
12 14 16 18 20 22 24
26STL.A.gr/KgSVTL.A,gr/KgSTL.C.gr/KgSVTL.C,gr/KgEXPERIMENTO 2 55.
0.00000.10000.20000.30000.40000.50000.60000.70000.80000 2 4 6 8 10
12 14 16 18 20 22 24
26STL.A.gr/KgSVTL.A,gr/KgSTL.C.gr/KgSVTL.C,gr/KgEXPERIMENTO 2 56.
0.00000.10000.20000.30000.40000.50000.60000.70000.80000.90001.00000
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
32STL.A.gr/KgSVTL.A,gr/KgSTL.C.gr/KgSVTL.C,gr/KgEXPERIMENTO 3 57.
0.00000.10000.20000.30000.40000.50000.60000.70000.80000.90001.00000
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
32STL.A.gr/KgSVTL.A,gr/KgSTL.C.gr/KgSVTL.C,gr/KgEXPERIMENTO 3 58.
0.00000.10000.20000.30000.40000.50000.60000.70000.80000.90001.00000
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
32STL.A.gr/KgSVTL.A,gr/KgSTL.C.gr/KgSVTL.C,gr/KgEXPERIMENTO 3 59.
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