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. 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 60. 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 61. 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