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1. 1
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO
FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA
INGENIERÍA AMBIENTAL
TEMA:
TRATAMIENTO DE LODOS RESIDUALES
PROFESOR: ING. CARRANZA NORIEGA RAYMUNDO
GRUPOHORARIO: 01 Q
ALUMNOS:
 ANDAGUA TARAZONA JONATHAN
 CUELLAR CORNELIO LUIS
 FERNANDEZ SALVATIERRA RUBÉN
 HERRERA TOLENTINO MYRIAM JULIA
 SULCA CHUMPITAZI JORDAN ANÍBAL
BELLAVISTA – CALLAO
2017

2. 2
INDICE
1. INTRODUCCIÓN............................................................................................................. 4
2. MARCO NORMATIVO .................................................................................................... 5
Ley N° 28611 “Ley General del Ambiente”............................................................................. 5
Norma Técnica OS. 090. Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ....................................... 6
Decreto Legislativo N° 1278.- Ley de Gestión Integral de Residuos Sólidos .............................. 9
Resolución Ministerial Nº 128-2017-VIVIENDA Condiciones Mínimas de Manejo de Lodos y
las Instalaciones para su Disposición Final.............................................................................10
Decreto Supremo N° 002-2013-MINAM. Estándares de Calidad Ambiental (ECA) de Suelo ....12
3. FUNDAMENTOS DE DISEÑO........................................................................................13
3.1 LODOS..........................................................................................................................13
3.2 COMPOSICION.............................................................................................................13
3.3 TIPOS DE LODOS ...................................................................................................14
3.4 APLICACIÓNES............................................................................................................16
3.5 ESTABILIZACION DEL LODO ...............................................................................16
DIGESTION ANAEROBIA..............................................................................................17
DIGESTION AEROBIA ...................................................................................................17
LA ESTABILIZACION CON CAL...................................................................................18
EL TRATAMIENTO TERMICO.......................................................................................19
EL COMPOSTAJE...........................................................................................................19
3.6 ESPESAMIENTO.....................................................................................................20
POR GRAVEDAD ...........................................................................................................20
POR FLOTACION CON AIRE DISUELTO ......................................................................21
CENTRIFUGO.................................................................................................................21
3.7 SECADO..................................................................................................................21
3.8 INCINERACIÓN......................................................................................................22
3.9 DIGESTORES..........................................................................................................22
3.10 TIPOS DE DIGESTORES (DIGESTIÓN ANAEROBIA)............................................23
4. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO......................................................................................26
4.1 DISEÑO DE UN BIODIGESTOR ANAERÓBICO.....................................................26
4.2 CONSIDERACIONES DE DÍSEÑO................................................................................27
4.3 BASES DE DISEÑO DE REACTORES ANAEROBIO....................................................29
TIEMPO MEDIO DE RETENCIÓN CELULAR:...............................................................29

3. 3
FACTORES DE CARGA:.................................................................................................31
REDUCCION DE VOLUMEN:.........................................................................................32
CALCULO BASADO EN LA POBLACION: ....................................................................33
4.5 COMPARACION DE LOS METODOS DE DISEÑO.......................................................34
4.6 EJEMPLO APLICATIVO...............................................................................................35
5. BIBLIOGRAFÍA..............................................................................................................38

4. 4
1. INTRODUCCIÓN
El tratamiento de las aguas residuales, tanto municipales como industriales, tiene como
objetivo remover los contaminantes presentes con el fin de hacerlas aptas para otros usos o
bien para evitar daños al ambiente. Sin embargo, el tratamiento del agua trae siempre como
consecuencia la formación de lodos residuales, subproductos indeseables difíciles de tratar y
que implican un costo extra en su manejo y disposición.
El lodo extraído y producido en las operaciones y procesos de tratamiento de las aguas
residuales generalmente suele ser un líquido o líquido semisólido entre el 0.25 y el 12 % en
peso. El lodo es por mucho, el constituyente de mayor volumen eliminado en los
tratamientos. Su tratamiento y evacuación es, probable, el problema más complejo al que se
enfrentan los ingenieros dedicados a este campo del tratamiento de aguas residuales o
potable.
En el presente trabajo se hará una revisión de la normativa aplicable al tratamiento de lodos
en nuestro país, además de los fundamentos de diseño para el tratamiento de este residuo
sólido y finalmente el diseño de un equipo de digestión anaeróbica que trate y aproveche al
máximo este residuo del tratamiento de aguas residuales y potable.

5. 5
2. MARCO NORMATIVO
Ley N° 28611 “Ley General del Ambiente”
Es la base legal que regula el tratamiento de todo residuo que pueda generar un impacto en
el ambiente está estipulado en esta norma, que fue publicada el 15 de octubre del 2005.
“Art 31.- Del Estándar de Calidad Ambiental
31.1 El Estándar de Calidad Ambiental - ECA es la medida que establece el nivel de
concentración o del grado de elementos, sustancias o parámetros físicos, químicos y
biológicos, presentes en el aire, agua o suelo, en su condición de cuerpo receptor, que
no representa riesgo significativo para la salud de las personas ni al ambiente. Según
el parámetro en particular a que se refiera, la concentración o grado podrá ser
expresada en máximos, mínimos o rangos.”
“Art 113.- De la calidad ambiental
113.2 Son objetivos de la gestión ambiental en materia de calidad ambiental:
a. Preservar, conservar, mejorar y restaurar, según corresponda, la calidad del aire, el
agua y los suelos y demás componentes del ambiente, identificando y controlando los
factores de riesgo que la afecten.
b. Prevenir, controlar, restringir y evitar según sea el caso, actividades que generen
efectos significativos, nocivos o peligrosos para el ambiente y sus componentes, en
particular cuando ponen en riesgo la salud de las personas.
c. Recuperar las áreas o zonas degradadas o deterioradas por la contaminación
ambiental.
d. Prevenir, controlar y mitigar los riesgos y daños ambientales procedentes de la
introducción, uso, comercialización y consumo de bienes, productos, servicios o
especies de flora y fauna.
e. Identificar y controlar los factores de riesgo a la calidad del ambiente y sus
componentes.
g. Promover el desarrollo de la investigación científica y tecnológica, las actividades
de transferencia de conocimientos y recursos, la difusión de experiencias exitosas y
otros medios para el mejoramiento de la calidad ambiental.”
“Art 119.- Del manejo de los residuos sólidos
119.1 La gestión de los residuos sólidos de origen doméstico, comercial o que siendo
de origen distinto presenten características similares a aquellos, son de

6. 6
responsabilidad de los gobiernos locales. Por ley se establece el régimen de gestión y
manejo de los residuos sólidos municipales.
119.2 La gestión de los residuos sólidos distintos a los señalados en el párrafo
precedente son de responsabilidad del generador hasta su adecuada disposición final,
bajo las condiciones de control y supervisión establecidas en la legislación vigente.”
Norma Técnica OS. 090. Planta de Tratamiento de Aguas Residuales
Publicada el 23 de mayo del 2006, establece con respecto al tratamiento de lodos lo siguiente:
“ 5.9. Tratamiento de lodos
5.9.1. Generalidades
5.9.1.1. Para proceder al diseño de instalaciones de tratamiento de lodos, se realizará
un cálculo de la producción de lodos en los procesos de tratamiento de la planta,
debiéndose tener en cuenta las siguientes recomendaciones:
- El cálculo se realizará para caudales y concentraciones medias y temperaturas
correspondientes al mes más frío.
- Para lodos primarios se determinará el volumen y masa de sólidos en suspensión
totales y volátiles teniendo en consideración los porcentajes de remoción, contenido
de sólidos y densidades.
- Para procesos de tratamiento biológico como los de lodos activados y filtros
biológicos se determinará la masa de lodos biológicos producido por síntesis de la
materia orgánica menos la cantidad destruida por respiración endógena.
- En los procesos de lodos activados con descarga de lodos directamente desde el
tanque de aeración, se determinará el volumen de lodo producido a partir del
parámetro de edad del lodo. En este caso la concentración del lodo de exceso es la
misma que la del tanque de aeración.
- En los procesos de lodos activados con descarga del lodo de exceso antes del tanque
de aeración, se determinará el volumen de lodo producido a partir de la concentración
de lodo recirculado del fondo del sedimentador secundario.
(…).
5.9.1.7. Para la disposición de lodos estabilizados se considerarán las siguientes
opciones:
- lechos de secado;
- lagunas de secado de lodos;
- disposición en el terreno del lodo sin deshidratar; y

7. 7
- otros con previa justificación técnica.
5.9.2. DIGESTIÓN ANAEROBIA
5.9.2.1. La digestión anaerobia es un proceso de tratamiento de lodos que tiene por
objeto la estabilización, reducción del volumen e inactivación de organismos
patógenos de los lodos. El lodo ya estabilizado puede ser procesado sin problemas de
malos olores. Se evaluará cuidadosamente la aplicación de este proceso cuando la
temperatura sea menor de 15°C o cuando exista presencia de tóxicos o inhibidores
biológicos.
5.9.2.2. Se deberá considerar el proceso de digestión anaerobia para los siguientes
casos:
- para lodos de plantas primarias;
- para lodo primario y secundario de plantas de tratamiento con filtros biológicos;
- para lodo primario y secundario de plantas de lodos activados, exceptuando los casos
de plantas de aeración prolongada.
5.9.2.3. Cuando desea recuperar el gas del proceso, se puede diseñar un proceso de
digestión de dos etapas, teniendo en cuenta las siguientes recomendaciones:
- El volumen de digestión de la primera etapa se determinará adoptando una carga de
1,6 a 8,0 kg SSV/(m3.d), las mismas que corresponden a valores de tasas altas. En
climas cálidos se usarán cargas más altas y en climas templados se usarán cargas más
bajas.
- El contenido de sólidos en el lodo tiene gran influencia en el tiempo de retención de
sólidos. Se comprobará el tiempo de retención de sólidos de la primera etapa, de
acuerdo con los valores que se indican y si es necesario se procederá a reajustar la
carga:
Temperatura, °C
Promedio del mes más frío
Tiempo de
retención (días)
18 28
24 20
30 14
35 10
40 10
- Los digestores abiertos pueden ser tanques circula- res cuadrados o lagunas de lodos
y en ningún caso deberá proponerse sistemas con calentamiento.
- No es recomendable la aplicación de estos sistemas para temperaturas promedio
mensuales menores de 15°C.

8. 8
5.9.3. LAGUNAS DE LODOS
5.9.3.1. Las lagunas de lodos pueden emplearse como digestores o para
almacenamiento de lodos digeridos. Su profundidad está comprendida entre 3 y 5 m
y su superficie se determinará con el uso de una carga superficial entre 0,1 y 0,25 kg
SSV / (m2.d). Para evitar la presencia de malos olores se deben usar cargas hacia el
lado bajo.
5.9.3.2. Los parámetros de dimensionamiento de una laguna de digestión de lodos son
los de digestores de baja carga.
5.9.3.3. Las lagunas de lodos deben diseñarse teniendo en cuenta lo siguiente:
- los diques y fondos de estas lagunas tendrán preferiblemente recubrimiento
impermeabilizante;
- los taludes de los diques pueden ser más inclinados que los de lagunas de
estabilización; - se deben incluir dispositivos para la remoción del lodo digerido en el
fondo y del sobrenadante, en por lo menos tres niveles superiores;
- se deberán incluir dispositivos de limpieza y facilidades de circulación de vehículos,
rampas de acceso, etc.
(…)
5.9.6. LECHOS DE SECADO
5.9.6.1. Los lechos de secado son generalmente el método más simple y económico
de deshidratar los lodos estabilizados.
5.9.6.2. Previo al dimensionamiento de los lechos se calculará la masa y volumen de
los lodos estabilizados. En el caso de zanjas de oxidación el contenido de sólidos en
el lodo es conocido. En el caso de lodos digeridos anaerobiamente, se determinará la
masa de lodos considerando una reducción de 50 a 55% de sólidos volátiles. La
gravedad específica de los lodos digeridos varía entre 1,03 y 1,04. Si bien el contenido
de sólidos en el lodo digerido depende del tipo de lodo, los siguientes valores se dan
como guía:
- para el lodo primario digerido: de 8 a 12% de sólidos.
- para el lodo digerido de procesos biológicos, incluido el lodo primario: de 6 a 10%
de sólidos.
5.9.6.3. Los requisitos de área de los lechos de seca- do se determinan adoptando una
profundidad de aplicación entre 20 y 40 cm y calculando el número de aplicaciones
por año. Para el efecto se debe tener en cuenta los siguientes períodos de operación:
- período de aplicación: 4 a 6 horas;

9. 9
- período de secado: entre 3 y 4 semanas para climas cálidos y entre 4 y 8 semanas
para climas más fríos;
- período de remoción del lodo seco: entre 1 y 2 semanas para instalaciones con
limpieza manual (dependiendo de la forma de los lechos) y entre 1 y 2 días para
instalaciones pavimentadas en las cuales se pueden remover el lodo seco, con equipo.
5.9.6.4. Adicionalmente se comprobarán los requisitos de área teniendo en cuenta las
siguientes recomendaciones:
Tipo de lodo digerido (Kg sólidos /m^2.año)
Primario 120- 200
Primario y filtros percoladores 100- 160
Primario y lodos activos 60- 100
Zanjas de oxidación 110-200
5.9.6.5. Para el diseño de lechos de secado se deben tener en cuenta las siguientes
recomendaciones:
- Pueden ser construidos de mampostería, de concreto o de tierra (con diques), con
profundidad total útil de 50 a 60 cm. El ancho de los lechos es generalmente de 3 a 6
m., pero para instalaciones grandes puede sobrepasar los 10 m.
- El medio de drenaje es generalmente de 0.3 de espesor y debe tener los siguientes
componentes: El medio de soporte recomendado está constituido por una capa de 15
cm. formada por ladrillos colocados sobre el medio filtrante, con una separación de 2
a 3cm. llena de arena. La arena es el medio filtrante y debe tener un tamaño efectivo
de 0,3 a 1,3mm., y un coeficiente de uniformidad entre 2 y 5. Debajo de la arena se
debe colocar un estrato de grava graduada entre 1,6 y 51mm. (1/6" y 2"), de 0.20 m
de espesor.
Los drenes deben estar constituidos por tubos de 100 mm de diámetro instalados
debajo de la grava.
Alternativamente, se puede diseñar lechos pavimentados con losas de concreto o losas
prefabricadas, con una pendiente de 1,5% hacia el canal central de drenaje. Las
dimensiones de estos lechos son: de 5 a 15 m de ancho, por 20 a 45 m de largo.
Para cada lecho se debe proveer una tubería de descarga con su respectiva válvula de
compuerta y losa en el fondo, para impedir la destrucción del lecho.
(…) ”
Decreto Legislativo N° 1278.- Ley de GestiónIntegral de Residuos Sólidos
Este Decreto Legislativo fue aprobada el 23 de diciembre del 2016 y establece derechos,
obligaciones, atribuciones y responsabilidades de la sociedad en su conjunto, con la finalidad

10. 10
de propender hacia la maximización constante de la eficiencia en el uso de los materiales y
asegurar una gestión y manejo de los residuos sólidos económica, sanitaria y ambientalmente
adecuada, con sujeción a las obligaciones, principios y lineamientos de este Decreto
Legislativo.
“DISPOSICIONES COMPLEMENTARIAS FINALES
Quinta.- De los lodos provenientes de Plantas de Tratamiento
Los lodos generados por las plantas de tratamiento de agua para consumo humano,
las plantas de tratamiento de aguas residuales y otros sistemas vinculados a la
prestación de los servicios de saneamiento, son manejados como residuos sólidos no
peligrosos, salvo en los casos que el Ministerio de Vivienda, Construcción y
Saneamiento determine lo contrario.
En ningún caso los lodos provenientes de los mencionados sistemas son utilizados sin
considerar condiciones sanitarias y ambientales mínimas apropiadas, conforme lo
dispone el Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento.
Sexta.- Sobre el reaprovechamiento de los lodos provenientes de Plantas de
Tratamiento
El Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento, regula el reaprovechamiento
de lodos generados en las plantas de tratamiento de agua para consumo humano, las
plantas de tratamiento de aguas residuales y otros sistemas vinculados a la prestación
de los servicios de saneamiento, de acuerdo con el tipo de actividad a desarrollar. (…)
Séptima.- Sobre la Disposición Final de lodos provenientes de Plantas de
Tratamiento
La disposición final de los lodos generados por el tratamiento de agua para consumo
humano y de aguas residuales vinculadas a la prestación de los servicios de
saneamiento y otros sistemas vinculados, están a cargo de los operadores de los
sistemas respectivos.
El Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento establece las instalaciones
donde se realiza la disposición final de los mencionados lodos. (…). ”
ResoluciónMinisterial Nº 128-2017-VIVIENDA Condiciones Mínimas de
Manejo de Lodos y las Instalaciones para su DisposiciónFinal
Esta norma fue publicada el 05 de abril del 2017, destacando lo siguiente:
“(…)
2. Biosólido: Es el subproducto resultante de la estabilización de la fracción orgánica
de los lodos generados en el tratamiento de aguas residuales, con características
físicas, químicas y microbiológicas que permiten su reaprovechamiento como

11. 11
acondicionador del suelo. No son biosólidos las cenizas producto de la incineración
de lodos.
Artículo 15. Tratamiento de los lodos generados en las PTAR
15.1 Los lodos generados en las PTAR deben ser sometidos a procesos de
estabilización y deshidratación como parte de los procesos de tratamiento de la línea
de lodos siendo un requisito para su transporte, disposición final o
reaprovechamiento.
15.2 Se consideran lodos estabilizados o con reducción del potencial de atracción de
vectores cuando la relación de SV a ST es menor o igual que 60 % (0,6)
(…).”
Condiciones mínimas de lodos estabilizados de plantas de tratamiento de agua
residual (PTAR) para su reaprovechamiento
Los lodos estabilizados de una PTAR pueden ser reaprovechados para:
1. La producción de biosólidos y de otros acondicionadores del suelo (humus,
compost). Para la producción de biosólidos deberá considerarse la regulación que
establezca el Ministerio de Vivienda, Construcción y Saneamiento.
2. La incineración con aprovechamiento de energía térmica se aplica debido a la
concentración de materia orgánica contenida en los lodos estabilizados, también
pueden aplicarse a los biosólidos que no pueden ser reaprovechados. La materia seca
de lodos estabilizados de la PTAR tiene un poder calorífico entre 11 – 19 MJ/kg,
dependiendo del grado de su estabilización. La condición óptima para la incineración
en un horno adecuado, es la evaporación completa de la humedad del lodo. Por esto,
el rendimiento del aprovechamiento térmico del lodo depende de la humedad del
mismo.
Generalmente se debe alimentar el proceso de incineración con lodos con contenido
en sólidos igual o mayor de 30% para asegurar un rendimiento positivo de la
incineración del lodo. El producto final es ceniza que debe ser destinado al relleno
sanitario, mono-relleno o, alternativamente, para su reaprovechamiento como
material de construcción. Esta opción de reaprovechamiento también resulta aplicable
para lodos que no se encuentren estabilizados si la incineración se realiza en la propia
PTAR.
3. El reaprovechamiento para material de construcción tal como cemento y cerámicas
se aplica a arenas y lodos con alta concentración de minerales que principalmente son
provenientes de PTAP o del tratamiento terciario en la PTAR, adicionalmente es
posible utilizar las cenizas provenientes de incineración de lodos (numeral B).
4. La recuperación, mejoramiento o restauración de suelos degradados y material de
cobertura final de rellenos sanitarios para su cierre.

12. 12
Decreto Supremo N° 002-2013-MINAM. Estándares de Calidad Ambiental
(ECA) de Suelo
Al reutilizar los lodos residuales en relleno de suelos, el suelo debe cumplir los siguientes
estándares ambientales de calidad:

13. 13
3. FUNDAMENTOS DE DISEÑO
3.1 LODOS
Se llama lodos a los sólidos con un contenido variable de humedad, procedentes del
desazolve de los sistemas de alcantarillado urbano o municipal, de las plantas potabilizadoras
y de las plantas de agua residuales, que no han sido sometidos a una estabilización.
3.2 COMPOSICION
La composición de los lodos generados en el tratamiento de aguas residuales domésticas se
muestra en la tabla que sigue, observándose que sus características varían en función del
proceso que les da origen.
Tabla 1. Composición de Lodos
Parámetros
Lodos
primarios
Lodos secundarios
(mezcla)
Lodos
digeridos
pH 5.5-6.5 6.5-7.5 6.8-7-6
Contenido de agua (%) 92-96 97.5-98 94-97
SSV (%SS) 70-80 80-90 55-65
Grasas (%SS) 12-14 3-5 4-12
Proteínas (%SS) 4-14 20-30 10-20
Carbohidratos (%SS) 8-10 6-8 5-8
Nitrógeno (%SS) 2-5 1-6 3-7
Fósforo (%SS) 0.5-1.5 1.5-2.5 0.5-1.5
Bacterias patógenas
(NMP/100ml)
103-105 100-1000 10-100
Metales pesados
(%SS)(Zn, Cu, Pb)
0.2-2 0.2-2 0.2-2
SSV: Sólidos Suspendidos Volátiles, NMP: Número Más Probable, SS: Sólidos
Suspendidos.

14. 14
3.3 TIPOS DE LODOS
3.3.1 LODOS INDUSTRIALES
La generación de lodos industriales en procesos de producción es común, sobre todo en los
siguientes tipos de industrias:
 Textil
 Química y farmacéutica
 Pulpa y producción del papel
 Metalmecánica y acabado de metal
 Industria de electrogalvanizado
 Electrónicas
 Procesamiento de alimentos
 Curtido del cuero, etc.
Estos tipos de lodos pueden ser clasificados en función de la toxicidad y la prioridad de
manejo, teniendo los siguientes tipos de lodos industriales:
1. Lodos orgánicos con bajas concentraciones de contaminantes tóxicos, fácilmente
biodegradable, prioridad I.
2. Lodos orgánicos e inorgánicos con bajas concentraciones de contaminantes tóxicos,
los orgánicos no fácilmente biodegradables, prioridad II.
3. Lodos orgánicos e inorgánicos conteniendo contaminantes tóxicos, prioridad III.
Las opciones de manejo de acuerdo a los tipos de lodos se han establecido en función de su
prioridad, así:
Prioridad I: reusó como fertilizante dependiendo de la composición, prevención dependiendo
del proceso de generación, relleno sanitario o incineración.
Prioridad II: reusó y revalorización dependiendo de la composición, compostaje, incineración
o relleno.
Prioridad III: Prevención dependiendo de los procesos de generación del lodo o disposición
en monorellenos.

15. 15
3.3.2 LODOS DE PLANTAS DE TRATAMIENTO
Los lodos generados durante el tratamiento de aguas residuales se pueden también clasificar
en función de los procesos productivos, teniendo los siguientes tipos de lodos:
 LODO PRIMARIO
El lodo primario es producido durante los procesos de tratamiento primario de las aguas
residuales. Esto ocurre después de las pantallas y desarenado y consiste en productos no
disueltos de las aguas residuales. La composición del lodo depende de las características del
área de recogida de las aguas. Generalmente contiene una gran cantidad de material orgánica,
vegetales, frutas, papel, etc. en un estadio inicial de descomposición. La consistencia se
caracteriza por ser un fluido denso con un porcentaje en agua que varía entre 92 % y 96 %.
El contenido de agua es función también de la dotación de agua potable que se distribuye en
el barrio o ciudad.
 LODO SECUNDARIO
En el proceso de tratamiento, es conveniente alcanzar una vida del lodo constante, para
lograrlo, la biomasa en exceso debe de eliminarse de la planta biológica de tratamiento de
lodo. El lodo secundario es rico en lodo activo.
 LODO ACTIVO
La eliminación de la materia orgánica disuelta y los nutrientes de las aguas residuales tiene
lugar durante el tratamiento biológico del agua, por un complejo proceso donde interactúan
distintos tipos de bacterias y microorganismos, que requieren oxígeno para vivir, crecer y
multiplicarse y consumen materia orgánica. El lodo resultante se llama lodo activo. Este lodo,
generalmente, está en forma de flóculos que contienen biomasa viva y muerta además de
partes minerales y orgánicas absorbida y almacenada.
El comportamiento de sedimentación de los flóculos de los lodos activos es de gran
importancia para el funcionamiento de la planta de tratamiento biológico. Los flóculos deben
ser removidos, para separar la biomasa del agua limpia, y el volumen requerido de lodo activo
puede ser bombeado de nuevo en el tanque de aireación.
 LODO ACTIVO DE RETORNO
El lodo activo de retorno que proviene del tanque de aireación biológica al clarificador final.
Los flóculos de lodo activo sedimentan al fondo y pueden separarse del agua limpia residual.

16. 16
La mayoría del lodo que se lleva de nuevo a tanque de aireación se llama lodo activo de
retorno.
 LODO QUIMICO
Los lodos químicos son resultado del agregado de sales de aluminio o fierro y/o cal en el
tratamiento del agua residual para mejorar la remoción de los sólidos suspendidos o para
`precipitar algún elemento.
3.4 APLICACIÓNES
La aplicación al suelo de lodos de aguas residuales urbanas se define como la distribución
del fango sobre el terreno o inmediatamente por debajo de la superficie del mismo; el lodo
se puede aplicar en:
 Terrenos de uso agrícola.
 Terrenos de uso forestal.
 Terrenos marginales.
 Terrenos especialmente preparados para la evacuación de lodos.
En los cuatro casos, la aplicación al suelo se diseña con el objetivo de conseguir un
tratamiento adicional de los lodos. La luz solar, los microorganismos que habitan el terreno
y la desecación, se combinan para destruir los organismos patógenos y muchas de las
sustancias toxicas presentes en el lodo. Los metales de traza se quedan atrapados en la matriz
del suelo y los nutrientes que consumen las plantas los convierten en biomasa útil. En los tres
primeros casos, los lodos se utilizan como un recurso valioso para la mejora del terreno. El
lodo actúa como acondicionador del suelo para facilitar el trasporte de los nutrientes,
aumentar la retención de agua y mejorar la aptitud del suelo para el cultivo. El lodo también
sirve como un sustitutivo parcial de fertilizantes químicos caros.
3.5 ESTABILIZACION DEL LODO
La estabilidad del lodo se lleva principalmente para:
a. Reducir la presencia de patógenos
b. Eliminar los olores desagradables
c. Reducir o eliminar su potencial de putrefacción

17. 17
La supervivencia de micro organismos patógenos y la proliferación de olores en el lodo se
producen cuando se permite que los microorganismos se desarrollen sobre la fracción
orgánica del mismo.
Los medios de estabilización más eficaces para eliminar el desarrollo de estas condiciones
son:
 La reducción biológica del contenido de materia volátil
 La oxidación química de la materia volátil
 La adición de agentes químicos para hacer el lodo inadecuado para la supervivencia
de microorganismos y la aplicación del calor con el objetivo de desinfectar o
esterilizar el lodo.
Las técnicas de estabilización de lodos más recurridas son: la digestión anaerobia; la
digestión aerobia; la estabilización con cal; el tratamiento térmico, y el compostaje. A
continuación, se analizarán las primeras dos ya que son las dos tecnologías más importantes.
DIGESTION ANAEROBIA
Es uno de los métodos más comunes para la estabilización de lodos. Consiste en la
degradación de la MO, por la acción de en ausencia de oxígeno, liberando energía, metano
(CH4), dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O), gracias a la acción de algunos tipos de
bacterias.
Se produce en 4 etapas: Hidrólisis, Acidogénesis, acetogénesis y metanogénesis.
Estos sistemas se clasifican en: baja carga, alta carga, contacto anaeróbico y con separación
de gases. En este proceso deben controlarse:
 pH
 Temperatura
 Alimentación de fango
 Tiempo de retención
 Producción de gas
DIGESTION AEROBIA
Proceso biológico en el que, por acción microbiológica, se oxida MO, mediante un aporte de
oxígeno en los digestores abiertos. De este modo se reduce la masa final del lodo,
modificándolo para adecuarlo a procesos posteriores.

18. 18
Se emplea como tratamiento secundario de una EDAR sin tratamiento primario. También
puede emplearse para lodos mixtos con un aporte más elevado de oxígeno. Los factores que
afectan a este proceso son:
 Tiempo de retención
 Temperatura
 Necesidades de oxígeno y de mezcla
LA ESTABILIZACION CON CAL
El producto aplicado mayoritariamente es la cal. Se añade al lodo a la dosis adecuada para
mantener el pH a 12 durante el tiempo suficiente (mínimo 2 h) para eliminar o reducir los
microorganismos patógenos y los responsables de los olores. Este sistema se suele usar:
 Depuradoras pequeñas con incorporación de lodos a terrenos naturales o
almacenados antes del transporte
 Depuradoras con necesidad de estabilización adicional
 Sistema complementario de estabilización durante periodos en que otros
sistemas están fuera de servicio
Normalmente se incorpora antes del secado de los lodos aunque también puede emplearse a
posteriori, empleando menores cantidades de cal. La dosificación de cal depende de:
 Tipo de lodo
 Composición química del lodo (incluyendo la MO)
 Concentración del lodo
Durante el proceso de tratamiento de lodos mediante cal viva es necesario mantener el pH
por arriba de 12, por un tiempo mínimo de 2 horas, para asegurarse la destrucción de los
patógenos y proporcionar la suficiente alcalinidad residual para que el pH no descienda a
menos de 11. Permitiendo, así, el tiempo suficiente para almacenamiento o disposición del
lodo estabilizado. La cantidad de cal necesaria para estabilizar el lodo está determinada por
el tiempo del mismo, su composición química y la concentración de sólidos. A grosso modo,
el rango va desde el 6 hasta el 51%. Teniendo en cuenta que los lodos primarios son los que
menos cantidad de cal requieren y los lodos activados los que mayor cantidad emplean.

19. 19
EL TRATAMIENTO TERMICO
El tratamiento térmico es un proceso de acondicionamiento que, consiste en calentar el lodo
durante cortos periodos de tiempo bajo presión. El tratamiento térmico da como resultado la
coagulación de los sólidos, rotura de la estructura gel y una reducción de la afinidad del agua
por parte de los sólidos del lodo. Como consecuencia de ello, el lodo es esterilizado,
prácticamente desodorizado, deshidratándose, deshidratándose fácilmente en filtro de vacío
o filtros prensa sin adición de productos químicos.
Consideremos dos tipos de tratamiento:
1. Porteus
Incluye el funcionamiento en continuo a presiones de 12 a 15 Kg/cm2 y temperaturas
aproximadamente de 200 °C. Despues de pasar por un triturador, el lodo se bombea desde el
propósito de acumulación a través de un intercambiador de calor, donde se calienta por medio
del lodo caliente de salida del reactor. Con este sistema se puede conseguir una reduccion del
80-90% en la materia orgánica.
2. Zimpro
Se da a baja presión, el lodo se trata como en el proceso Porteus con la única diferencia de
que se inyecta aire en el recipiente del reactor junto con el lodo. El recipiente del reactor es
calentado por vapor a temperaturas de 150°C a 205°C a presiones que oscilan entre 105 y 21
kg/cm2. El lodo parcialmente oxidado puede deshidratarse por filtración, centrifugación o
drenado sobre eras. El contenido en solidos de lodo deshidratado puede variar del 30 al 50%,
según el grado de oxidación.
EL COMPOSTAJE
Se trata de un proceso de descomposición bilógica y estabilización de MO en condiciones
controladas y aeróbicas, desarrollando temperaturas termófilas, producto del calor generado
biológicamente. El resultado es un producto estable y libre de patógenos. La MO se
descompone en CO2, agua, minerales y MO estabilizada.
Se puede llevar a cabo solo con lodos o mezclándolos con agentes estructurantes que faciliten
las condiciones aeróbicas. Las principales etapas son:
 Mezclado
 Fermentación o compostaje
 Maduración
 Refino
Es efectivo en la descontaminación de contaminantes orgánicos como: Hidrocarburos de
petróleo, compuestos monoaromáticos, explosivos, clorofenoles, algunos pesticidas y
compuestos aromáticos policíclicos.

20. 20
Los microorganismos pueden actuar mineralizándolos o transformándolos parcialmenete.
En el caso de los contaminantes metálicos no son retirados significativamente durante el
proceso. Se producen reacciones de oxidación y reducción de los mismos que influyen en la
solubilidad, reduciéndose su disponibilidad y toxicidad en la fracción sólida.
Es necesario un adecuado control, de los parámetros críticos (pH, aireación, humedad,
relación C/N) para evitar condiciones anaeróbicas en la masa de compostaje que provoquen
aumento de olores
3.6 ESPESAMIENTO
El espesado es un procedimiento que se emplea para aumentar la fracción solida del lodo de
desecho mediante la reducción de la fracción liquida del mismo. Por ejemplo, si un lodo
activado que normalmente se bombea desde los tanques de sedimentación secundaria con un
contenido de solidos del 0.8%, se pudiera esperar hasta un contenido de solidos del 4%, por
lo tanto se conseguiría reducir el volumen de lodo a una quinta parte.
La reducción del volumen de lodo es muy beneficiosa para los procesos de tratamiento
subsecuentes tanto por la capacidad de taques y equipos necesarios como por la cantidad de
reactivos químicos necesarios como por la cantidad de reactivos químicos necesarios para el
acondicionamiento del lodo, y por la cantidad de calor necesario para los digestores. La
reducción del volumen permite reducir tamaños de tuberías, bombas y tanques digestores.
El espesado se suele llevar a cabo mediante procedimiento físicos y los más utilizados son:
a. El espesado por gravedad o sedimentación
b. Por centrifugación
c. Por flotación
POR GRAVEDAD
Se lleva a cabo en un tanque de diseño similar al de un tanque de sedimentación
convencional. Generalmente se utilizan tanques circulares. El lodo diluido se conduce a una
cámara de alimentación central. El lodo alimentado sedimenta y compacta, y el lodo espesado
se extrae por la parte inferior del tanque. El lodo espesado que se recoge en el fondo del
tanque se bombea a los digestores, mientras que el sobrenadante que se origina, se retorna al
sedimentador primario. El espesado por gravedad resulta más efectivo en el tratamiento del
lodo primario.

21. 21
POR FLOTACION CON AIRE DISUELTO
Existen algunas variantes de este proceso, aunque la flotación por aire disuelto es la mas
utilizada. Este proceso, se introduce aire en una solución que se mantiene a una presión
determinada. Cuando se despresuriza la solución, el aire disuelto se libera en forma de
burbujas finamente divididas que arrastran el lodo hasta la superficie, en donde es recogido
con un desnatador. Este proceso resulta muy efectivo para el tratamiento de cultivo biológico
en suspensión, por ejemplo para lodos activados, aunque también puede ser empleado para
el tratamiento de otros lodos.
CENTRIFUGO
Se utilizan tanto para espesar lodos como para deshidratarlos. Su aplicación parea el espesado
se limita al espesado de lodos activados. Este proceso implica la sedimentación de las
partículas de lodos bajo la influencia de fuerzas centrifugas. Existen dos principales tipos de
espesados por centrifugación: la de camisa maciza y la de cesta.
3.7 SECADO
Mediante el secado de los lodos se consigue reducir el peso de los lodos. El secado se crea
mediante la evaporación del agua que existe en los lodos.
El secado de los lodos es producido generalmente mediante procedimientos basados en
contacto, convención o radiación. No es necesario el suministro de grandes cantidades de
aire porque el calor suministrado por contacto entre el producto que se descarga y las paredes
calientes es suficiente. Solo se requiere una cantidad de flujo de gas mínima para la
evacuación del vapor. Esto tiene como ventaja que el gasto de aire de salida es bajo.
Secado por convención se consigue mediante el tratamiento de los lodos con aire caliente. El
aire ambiental se calienta mediante un calentador o intercambiador de calor-vapor y este aire
entra en contacto con el lodo en un tambor o cinturón de secado.
El secado por radiación significa que el calor se suministra mediante radiación del lodo. Por
ejemplo radiación solar o calentamiento mediante elementos infrarrojo.
Para elegir el método más adecuado hay que tener en cuenta las siguientes condiciones:
 Adherencia segura
 Compatibilidad medio ambiental
 Flexibilidad del método de secado en relación con las cantidades variables de
lodo.

22. 22
3.8 INCINERACIÓN
Si no es practico usar el lodo como acondicionar de suelo o si no se cuenta con un
sitio para su disposición final, se puede recurrir a la alternativa de incinerar los
sólidos.
Fig. 3.7: Diagrama de flujo de la combustión de un horno de hogar múltiple para la
incineración de lodos
Fuente: Research Corporation and Nichols Engineeri
3.9 DIGESTORES
Los digestores en el tratamiento de lodos activados son reactores que nos disminuyen
la cantidad de materia orgánica y dándonos la formación de metano el cual puede ser
utilizado como combustible y dióxido de carbono.
Esta reacción es exotérmica y sube la temperatura del lodo, de tal forma que hay un
control de patógenos como beneficio adicional.
El tratamiento busca reducir el volumen y el peso de los lodos para bajar los costos
de disposición de los mismos

23. 23
3.10 TIPOS DE DIGESTORES (DIGESTIÓN ANAEROBIA)
3.10.1 DISCONTINUO:
Se cargan una sola vez y se retira cuando ya se ha dejado de producir gas, solo
entonces se renueva de materia orgánica. Se usa cuando la disponibilidad de materia
orgánica es limitada o intermitente.
 Digestores de Carga Intermitente, Discontinuo (Tipo Batch)
Esta clase de biodigestor, se carga(o se llena) una vez, y se descarga el contenido
digerido, una vez que finaliza el proceso de fermentado, ósea, cuando deja de producir
gas. Tiene un solo orificio para la carga y descarga. La duración de la fermentación
varía entre 2 a 4 meses, dependiendo del clima ya sea este cálido, templado, frio, etc.;
ya que la temperatura afecta directamente la velocidad de reacción dentro del reactor.
Como este sistema de biodigestor tiene a la materia de principio a fin confinada, no
hay sostenibilidad en la producción de biogás.
3.10.2 SEMI-CONTINUO:
Se cargan en lapsos cortos como de 12 horas, 1 vez al día, o cada dos días, se utiliza
cuando la disponibilidad de materia orgánica es constante en los días. Los principales,
son el Hindu, el Chino, y el Taiwanés, cada uno con ventajas y desventajas, como si
se quiere aprovechar más el gas, o el biol, si se quiere usarlo para fines sanitarios o
de producción, diversas ventajas.
3.10.3 CONTINUO:
Se cargan continuamente, y principalmente tienen la finalidad de tratamiento de
aguas negras, así como de producción a gran escala así como el uso de alta tecnología
para el control, es sobre todo de corte industrial
 Digestores Continuos
De estos solo mencionaremos el de desplazamiento Horizontal, ya que biodigestores
de régimen continuo como este, el de tanque múltiple y tanque vertical son de corte
mayor, como industrial, comunal, y de grandes granjas. Requieren el manejo de
mayor tectología para el calentamiento del sustrato, control de la calidad
procesamiento y aprovechamiento de residuos y materiales que requieran un
tratamiento prolongado, tales como excretas humanas ciertos desperdicios de
sacrificio de animales, cierto material vegetal muy fibroso o difícil de degradar.
Se utilizan generalmente para explotaciones agropecuarias que generan grandes
cantidades diarias de residuos, como tambos, criaderos de porcinos, granjas de
gallinas ponedoras en jaulas, establos de vacunos, etc; también sirven muy bien para
pequeñas comunas que desean de estabilizar y neutralizar los residuos orgánicos
municipales antes de verterlos al ambiente.

24. 24
del gas resultante, plantas enteras de desulfuración, grandes compresoras, cadenas de
distribución, plantas de almacenamiento, antorcha de desfogue, es casi como un
suministro muy constante de materia orgánica.
De desplazamiento Horizontal
Son los que tienen una cámara de digestión alargada, con un perfil cuadrado,
rectangular o en V, dependiendo de las características del terreno o conveniencia. En
este diseño, los residuos se van degradando a medida que transitan a lo largo del
biodigestor. Esta característica lo hace útil en el
3.10.4 DIGESTORES DE ALTA
En el proceso de alta carga el contenido de digestor se calienta y se mezcla
completamente. El lodo se mezcla mediante recirculación de gas, mezcladores
mecánicos, bombeo o mezcladores con tubos de aspiración y se calienta para
optimizar la velocidad de digestión. El tiempo de retención es por lo general menor
de 15 días.
Fig. 3.9.4.1: digestor anaerobio de carga alta
Fuente: Metcalf & Eddy, 1991
Fig. 3.9.4.2: digestor anaerobio de carga alta

25. 25
Fuente: Metcalf & Eddy, 1991
3.10.5 DIGESTORES DE BAJA
En el de baja carga no se suelen ni calentar ni mezclar el contenido del digestor y el
tiempo de retención varía entre 30 y 60 días
Fig. 3.9.5.1: Digestor anaerobio de carga baja
Fuente: https://prezi.com/ayl5lrynpzyo/tratamiento-de-lodos-activados/

26. 26
4. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
4.1 DISEÑO DE UN BIODIGESTOR ANAERÓBICO
Una posibilidad en la secuencia de procesos considerados es la reducción de las
cantidades de los compuestos orgánicos y volátiles contenidos sometiendo los lodos a
una digestión ya sea anaerobia o aerobia. El lodo resultante de la digestión, con un
contenido considerablemente menor de materia orgánica, se conoce como lodo
estabilizado. Los objetivos principales de la estabilización son:
1) Reducción o eliminación de olores molestos.
2) Reducción del volumen del líquido o peso de solidos a tratar en operaciones
sucesivas.
3) Reducción de los microorganismos patógenos en los lodos.
Desde hace más de 100 años se conoce que si se dejan los sólidos de las aguas residuales
en un tanque cerrado por un tiempo suficiente, pasan a tener un aspecto líquido y se
genera simultáneamente un gas que contiene metano. En 1994 Imhoff obtuvo ya la
patente del díselo de reactores de digestión anaerobia, conocido como fosas o tanques
Imhoff.
En el periodo comprendido entre 1920 y 1935 se estudió ampliamente el proceso de
digestión anaerobia. Se aplicó calor a los tanques de digestión separados y se lograron
importantes mejoras en el diseño de tanques y equipos adicionales. Resulta interesante
hacer observar que hoy en día, sigue empleándose la misma que entonces, si bien se
conoce mejor sus fundamentos así como el control del proceso, el dimensionamiento de
los tanques, y el diseño y aplicación de los equipos. Al mismo tiempo los técnicos son
conocedores de las limitaciones de este método y saben cuándo no utilizarlo. Aunque la
mayoría de la digestión de lodos es anaerobia, el proceso aeróbico ha ido aumentando su
popularidad en el uso de pequeñas instalaciones.
En el proceso de digestión los sólidos orgánicos son convertidos en productos terminales
inofensivos de una manera similar como se muestra en la figura 4.1 En la primera etapa,
el complejo de solidos orgánicos es hidrolizado por enzimas extracelulares producidas
por los microorganismos nativos del proceso. El material orgánico soluble formado
durante la hidrolisis es metabolizado por bacterias facultativas y anaeróbicas
responsables de la fermentación ácida. Los productos terminales de la fermentación acida
(generalmente alcoholes y ácidos de cadena corta) se convierten en gases y en nuevas
células bacterianas de varias especies diferentes y estrictamente anaerobias.

27. 27
Figura 4.1 Mecanismos de la digestión anaerobia de lodos
Fuente: Benefield y Randall (1980)
4.2 CONSIDERACIONES DE DÍSEÑO
En ciertas situaciones la segunda etapa de un digestor se puede eliminar si el lodo es
espesado antes de la digestión. La ventaja de esta medida es la reducción del volumen
total del tanque requerido. Un espesador mecánico puede realizar una operación de
espesamiento comparable a la que se lleva a cabo en la segunda etapa del digestor. La
eliminación de la segunda etapa del digestor, sin embargo, depende del tratamiento
subsecuente del lodo, por ejemplo; en las regiones del norte de estados unidos los
lechos de secado descubiertos no pueden usarse durante los meses de invierno, luego
entonces el lodo debe ser almacenado durante este periodo. La segunda etapa del
digestor proporciona el volumen necesario de almacenamiento y en este caso no
puede ser eliminado.
La intensidad de mezclado en el digestor de dos etapas es un importante criterio de
diseño. Un grado bajo de mezclado trae como consecuencia una disminución en la
velocidad de fermentación del metano. Cuando se tiene un bajo nivel de mezclado,
los ácidos volátiles se reconstruirán en el sistema, ocasionando con esto fallas en el
digestor. Estudios realizados por Speece (1972) muestran que al incrementar la
intensidad de mezclado hasta el punto donde se tiene un mezclado completo, se
obtiene un incremento de la velocidad de fermentación del metano. Extrapolando
datos de laboratorio, determino que con un nivel de potencia de 1.5HP/1000 gal. Se
tiene un mezclado completo. Mientras que los niveles de potencia normalmente
empleados bajo condiciones de proceso son de 0.03 a 0.05H.P./1000 gal, La
intensidad de mezclado dentro de estas unidades muy debajo de la requerida para

28. 28
obtener una velocidad máxima de fermentación. Esto implica que un incremento en
la velocidad de mezclado puede corregir una inminente falla en el digestor.
En la tabla 4.1 se presentan los valores típicos de los parámetros utilizados para cada
tipo de digestión anaerobia.
Tabla 4.1 condiciones de operación y carga para la digestión anaerobia de lodos
para aguas residuales domesticas
Fuente: Benefield y Randall (1980)
La tabla 4.2 muestra valores típicos del porcentaje de solidos contenidos en lodos de
aguas residuales municipales digeridos anaerobiamente.

29. 29
Tabla 4.2 Proporción de sólidos en lodos municipales digeridos anaerobiamente.
Fuente: Metcalf-Eddy (1977)
4.3 BASES DE DISEÑO DE REACTORES ANAEROBIO.
Normalmente se utilizan métodos empíricos para el dimensionamiento de digestores.
Estos métodos se basan en:
1) El concepto de tiempo medio de retención celular.
2) El empleo de factores volumétricos de carga.
3) Reducción observada del volumen.
4) Factores de carga basados en la población.
TIEMPO MEDIO DE RETENCIÓN CELULAR:
Este procedimiento incluye el uso de valores recomendados de edad de lodo (ɵC) para
el diseño del digestor. Basándose en el principio de que la edad del lodo es igual al
tiempo medio de retención celular, ya que en el caso de digestores anaerobios, se
supone que el crecimiento anaerobio tiene lugar dentro del digestor, no hay masa
anaerobia en la alimentación, para demostrar esto, se tiene que:
C  𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑉𝑆𝑆 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑑𝑖𝑔𝑒𝑠𝑡𝑜𝑟,𝐾𝐺
𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑛𝑒𝑡𝑎 𝑑𝑒 𝑉𝑆𝑆, 𝐾𝑔/𝑑
V
V
X V
X


Ya que no hay masa anaerobia en la alimentación
0
V
C
V
X V
Q X
 
………. (1)
Entonces C ht 
…….. (2)
Ya que
/ht V Q
…….. (3)

30. 30
Los productos finales de la respiración y de la oxidación son el gas metano y anhídrido
carbónico. La cantidad de gas metano puede calcularse utilizando la ecuación:
0.35*( 1.42* / )C eF dX dt  ……….. (4)
Donde:
C= CH4 producido por un día en condiciones normales, en m3
e= eficiencia de la utilización del residuo.
F= DBO añadida, en Kg/dia
dX/dt= tasa neta de crecimiento de los microorganismos, Kg/dia
El valor de 0.35 es la producción teórica de metano procedente de la establizacion de
un Kg de DBO. La eficiencia del residuo oscila entre 0.6 y 0.9 cuando las condiciones
operativas son aceptables La sustracción del término 1.42*(dX/dt) en la ecuación (4)
corresponde a la porción del sustrato que se convierte en células nuevas en vez de
productos finales.
En el caso de un digestor de alta carga de mezcla completa sin recirculación, la masa
de solidos biológicos sintetizados a diario dX/dt puede estimarse usando la ecuación
(5);
*( / )
1 *d C
dX Y dF dt
dt K 


…………... (5)
Donde:
dx/dt = tasa neta de crecimiento, en Kg/día
Y = coeficiente de producción o crecimiento, en Kg/Kg
dF/dt = tasa de utilización del sustrato, en Kg/día
Kd = coeficiente de descomposición microbiana, dia-1
C
= tiempo medio de retención celular, en días
La tabla 4.3 ofrece valores de Y y Kd allados para diversos tipos de residuos. Los
valores típicos C
para distintas temperaturas se presentan en la tabla 4.4

31. 31
Tabla 4.3. Tabla de crecimiento y tasas de respiración endógenas para distintos
sustratos.
Fuente: Metcalf-Eddy (1977)
Tabla 5.4. Tiempos medios de retención celular sugeridos en el diseño de digestores
de mezcla completa
Fuente: Metcalf-Eddy (1977)
FACTORES DE CARGA:
Uno de los métodos más comunes utilizados para dimensionar los digestores es la
determinación del volumen requerido en base al factor carga. Aunque son varios los
factores propuestos, los dos cuyos usos parecen estar extendido se basa en:
1) Los kilogramos de solidos volátiles añadidos por día y por metro cubico de capacidad
del digestor.
2) Los kilogramos de solidos volátiles añadidos por día y por kilogramos de solidos
volátiles en el digestor.
Al aplicar estos factores de carga deberá hacerse la comprobación del tiempo de
detección hidráulico, por su relación con el crecimiento de organismos, y el arrastre
de solidos (véase tabal 4.5) y con el tipo de digestor empleado (por ejemplo, solo un
50% o menos de la capacidad de un digestor convencional de una fase es efectiva).
El tanque de digestión convencional de fase única esta estratificado en tres capas con
el sobrenadante en la parte superior, la zona activa de digestión en medio y el lodo
espesado en el fondo. Dado el volumen necesario para almacenamiento de lodo
digerido y el sobrenadante a la capacidad en exceso para las fluctuaciones diarias de

32. 32
la carga de lodo, la carga volumétrica de los digestores de una sola fase es baja. Los
tiempos de detención basados en metros cúbicos de lodo sin tratar bombeado varían
de 30 a más de 90 días para dicho tipo de tanque. Las cargas de solido recomendada
para los digestores de rendimiento normal son de 0.03 a 0.10 Kg de solidos volátiles
por metros cúbicos por día.
En el caso de digestores de alta carga es posible utilizar cargas de 1.6 a 6.4 Kg de
solidos volátiles por metro cubico por día así como periodos de retención hidráulica
de 10 a 20 días. El efecto de la concentración de lodo y del tiempo de retención
hidráulica sobre el factor de cargas de solidos volátiles se indica en la tabla 4.5.
Tabla 4.5. Efecto de la concentración del lodo y tiempo de retención hidráulico
sobre el factor de carga de solidos volátiles. (Kg/m3-día)
Fuente: Metcalf-Eddy (1977)
𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑣𝑜𝑙𝑎𝑡𝑖𝑙𝑒𝑠 =
𝐾𝑔 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑒𝑙𝑖𝑚𝑖𝑛𝑎𝑑𝑜𝑠
1000𝑚3
∗ 𝑄 ∗ % 𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑣𝑜𝑙𝑎𝑡𝑖𝑙𝑒𝑠 …..
(6)
𝑉 =
𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑣𝑜𝑙𝑎𝑡𝑖𝑙𝑒𝑠
𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑣𝑜𝑙𝑎𝑡𝑖𝑙𝑒𝑠
………(7)
REDUCCION DE VOLUMEN:
Se ha observado que a medida que se va desarrollando la digestión, si se retira la capa
de sobrenadante y se retorna a la entrada de la planta de tratamiento, el volumen del
lodo restante decrece casi exponencialmente. Si se representa gráficamente el
volumen de lodo restante con respecto al tiempo, el volumen del digestor viene
indicado por el área existente debajo de la curva. Este volumen puede calcularse
usando la ecuación (8).
2/ 3*( ) *f f dV V V V t     ………….. (8)

33. 33
Donde,
V= Volumen del digestor, m3
Vf =volumen diario de lodo crudo, m3
Vd = volumen diario de lodo digerido, m3
t = tiempo de digestión, en días
CALCULO BASADO EN LA POBLACION:
Los tanques de digestión también se proyectan sobre una base volumétrica,
procurando cierto número de metros cúbicos per cápita, Para los proyectos basados
en el volumen total del tanque se recomiendo tiempos de retención de 35 a 45 días
más el volumen adicional necesario para almacenamiento si el lodo se seca en eras y
se disminuyen las extracciones semanales de lodo debido a las inclemencias del
tiempo.
Tomando como base un contenido de 90 g de solido suspendidos en el agua residual
por habitante, el volumen del digestor en metros cúbicos por habitantes se indica en
la tabla 5.6, donde se han incluido los volúmenes necesarios según las TEN STATES
STANDARD, a efectos de comparación. Estos volúmenes son para tanques
calentados y se aplica cuando no se disponen de análisis y volúmenes de lodo a
digerir. En el caso de tanques si calentar, deberá aumentarse las capacidades en
función de las condiciones climatológicas locales y del volumen requerido para
almacenamiento. Las capacidades que se muestran en la tabla 4.6. Deberán
aumentarse un 60% en aquellos municipios en que la mayoría de viviendas utilicen
trituradores de basura y debe aumentarse sobre una base de equivalencia de población
para prever los efectos de los residuos industriales.
Tabla 4.6. Capacidad necesaria para tanques de agitación
Fuente: Metcalf-Eddy (1977)

34. 34
El efecto de la temperatura sobre el tiempo requerido para la digestión, según el
trabajo de Fair y Moore, se indica en la tabla 5.7. Los datos de esta tabla facilitan la
elección de tamaño de tanques sin calentar.
Tabla 4.7. Tiempo requerido para la digestión a diversas temperaturas.
Fuente: Metcalf-Eddy (1977)
𝑉 =
𝑃𝑜𝑏𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛
𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 /𝑝𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎
………. (9)
4.5 COMPARACION DE LOS METODOS DE DISEÑO
Los distintos métodos descritos fueron concebidos en distintas circunstancias. Los
métodos de reducción de volumen y capacidad según la población utilizada para
utilizados para obtener el volumen del digestor se desarrolla para digestores
convencionales y no son, por tanto comparables a los métodos empleados en el diseño
de modernos digestores de alta carga y mezcla completa (se efectúa un aumento del
volumen total en 35-40 minutos). Sin embargo, cuando existen normas o
especificaciones especiales, los volúmenes de los digestores serán bastante mayores
que los volúmenes calculados con los métodos anteriormente indicados.

35. 35
4.6 EJEMPLO APLICATIVO
Calcúlese el tamaño requerido por un digestor anaeróbico que debe tratar lodo de una
planta de tratamiento preliminar diseñado para un caudal de 37800 m3/día de agua residual.
Compruébese la carga volumétrica y calcúlese el porcentaje de estabilización y la cantidad
de gas producido per cápita. Se ha encontrado que, para el agua residual a tratar, la cantidad
de sólidos y DBO eliminada por cada 1000m3 son 144 y 138 Kg, respectivamente.
Supóngase que el lodo contiene, aproximadamente, un 95% de humedad y tiene un peso
específico de 1.02 Kg/m3. Otros supuestos del proyecto son:
 Régimen hidráulico del reactor = mezcla completa.
 Өc = 10 días a 35 ºC (Véase tabla).
 Eficiencia de utilización del residuo, e=0.80.
 El residuo contiene el nitrógeno y fosforo necesarios para el crecimiento biológico.
 Y = 0.05 Kg células/Kg DBO utilizado y Kd=0.03/día.
 Las constantes son para una temperatura de 35 ºC.
Tiempo medios de retención celular sugeridos en el diseño
De digestores de mezcla completa
Fuente: Metcalf-EddY (1977)
SOLUCION
1. Calculo del volumen del lodo y carga de DBO diarios:

36. 36
𝑉𝑜𝑙𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑑𝑜 =
(144 𝐾𝑔/1000𝑚3
)𝑥(37800𝑚3
)
1.02
𝐾𝑔
𝑑𝑚3 𝑥 (
103 𝑑𝑚3
𝑚3 ) 𝑥0.05
= 106.7
𝑚3
𝑑𝑖𝑎
𝐶𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 𝐷𝐵𝑂 = (138𝐾𝑔/1000𝑚3
)𝑥(37800𝑚3
) = 5216 𝐾𝑔/𝑑𝑖𝑎
2. Calculo del volumen del digestor:
𝑉
𝑄
= 𝜃 = 𝜃𝐶 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑄 = 𝑐𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑙𝑜𝑑𝑜
𝑉 = 𝑄. 𝜃𝐶 = 106.7
𝑚3
𝑑𝑖𝑎
𝑥10 𝑑𝑖𝑎
𝑉 = 1067 𝑚3
3. Calculo de la carga volumétrica:
𝐾𝑔 𝐷𝐵𝑂
𝑚3. 𝑑𝑖𝑎
=
5216
1067
= 4.9
4. Calculo de los kilogramos de solidos volátiles por día:
𝑑𝑋
𝑑𝑡
=
𝑌. (
𝑑𝐹
𝑑𝑡
)
1 + 𝐾𝑑. 𝜃𝑐
𝑑𝐹
𝑑𝑡
= 𝑒. 𝐹 = 0.8𝑥5216
𝐾𝑔
𝑑𝑖𝑎
= 4173
𝐾𝑔
𝑑𝑖𝑎
𝑑𝑋
𝑑𝑡
=
0.05. (4173
𝐾𝑔
𝑑𝑖𝑎
)
1 + 0.03/𝑑𝑖𝑎. (10𝑑𝑖𝑎)
= 160.5
𝐾𝑔
𝑑𝑖𝑎
5. Calculo del porcentaje de estabilización:
%𝐸𝑠𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 =
𝑒. 𝐹 − 1.42 (
𝑑𝑋
𝑑𝑡
)
𝐹
𝑥100

37. 37
%𝐸𝑠𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 =
0.8𝑥5216
𝐾𝑔
𝑑𝑖𝑎
− 1.42 (160.5
𝐾𝑔
𝑑𝑖𝑎
)
5216
𝐾𝑔
𝑑𝑖𝑎
𝑥100
%𝐸𝑠𝑡𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑧𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 = 76%
6. Calculo del volumen de metano producido por día:
𝑀𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑖𝑑𝑜 = 0.35[0.8(5216 )− 1.42(160.5 )] = 1380𝑚3
/𝑑𝑖𝑎
7. Estimación de la producción de gas per cápita. Puesto que el gas del digestor tiene
aproximadamente 2/3 de metano, el volumen total del gas producido:
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝐺𝑎𝑠 =
1380𝑚3
/𝑑𝑖𝑎
2/3
= 2070 𝑚3
/𝑑𝑖𝑎
Si se admite que la eficiencia del proceso de tratamiento es del 50% y que la contribución
de solidos per cápita es de 0.113 Kg/día, el volumen del gas producido per cápita será:
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛
𝐶𝑎𝑝𝑖𝑡𝑎. 𝐷𝑖𝑎
=
2070 𝑚3
/𝑑𝑖𝑎
(144
𝐾𝑔
1000𝑚3) .(37800𝑚3)
0.5 (0.113
𝐾𝑔
𝑐𝑎𝑝𝑖𝑡𝑎
)
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛
𝐶𝑎𝑝𝑖𝑡𝑎. 𝐷𝑖𝑎
= 0.021 𝑚3

38. 38
5. BIBLIOGRAFÍA
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