Evaluación y tratamiento de los lodos generados en una planta de tratamiento de agua potable
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Resumen
El tratamiento y disposición de los lodos generados en las Plantas de Tratamiento de Agua Potable (PTAP) representan un desafío ambiental y operativo, debido a la naturaleza heterogénea y la variabilidad en la composición de los mismos y a la necesidad de cumplir con la normativa ambiental vigente. En Colombia, la Resolución 0631 de 2015 establece los límites máximos permisibles para el vertimiento de efluentes líquidos [10], mientras que la Resolución 0799 de 2021 exige la implementación de procesos de homogeneización, espesamiento y deshidratación antes de la disposición final de los lodos [9]. Si bien se tienen regulaciones para la disposición de los lodos, muchas PTAP carecen de sistemas eficientes de tratamiento, lo que genera impactos ambientales negativos y limita las posibilidades de aprovechamiento de estos residuos [2].
Esta investigación tuvo como objetivo plantear un sistema integral de tratamiento para los lodos generados en las etapas de sedimentación y filtración de la PTAP La Florida de Villamaría-Caldas, evaluando sus características fisicoquímicas y determinando las condiciones de tratamiento. Para ello, se realizó un análisis detallado de las características fisicoquímicas de los lodos generados en la planta de tratamiento, lo que permitió conocer su composición y evaluar el comportamiento ante diferentes condiciones operativas. Este diagnóstico inicial fue fundamental para seleccionar estrategias de tratamiento y garantizar la estabilidad del lodo antes de su disposición final [8, 9]. Mediante pruebas de tratabilidad a los lodos se analizó el efecto de distintos coagulantes y floculantes sobre la separación sólido-líquido y el contenido de humedad [18]. Los resultados de estas pruebas proporcionaron información técnica para proponer un diseño del sistema integral de tratamiento [8, 9].
El sistema de tratamiento integra las unidades de homogeneización, espesamiento y deshidratación, asegurando que los lodos sean manejados de manera eficiente y en cumplimiento con la normativa ambiental [8, 9]. La implementación de este sistema permitirá reducir el volumen de lodos generados, mejorar su estabilidad y facilitar su posible aprovechamiento en aplicaciones como la recuperación de suelos o la producción de materiales de construcción [3].
En este trabajo se caracterizaron integralmente los lodos livianos (provenientes del lavado de filtros) y los lodos gruesos (provenientes de sedimentadores) generados en la PTAP La Florida, se analizó la operación histórica de la planta (caudal, pH, turbiedad y parámetros fisicoquímicos), se comparó con la normativa ambiental vigente y se ejecutaron pruebas de tratabilidad en laboratorio (test de jarras con coagulantes y polímeros). Con base en estos resultados se definieron y evaluaron alternativas de manejo para ambos tipos de lodos, considerando criterios técnicos, ambientales y económicos. Como resultado, se seleccionó para lodos livianos la recirculación controlada del agua de lavado de filtros hacia la entrada de la planta, previa homogenización, y para lodos gruesos un sistema compuesto por tanque de homogenización, espesador por gravedad y filtro prensa, dimensionado a partir de los volúmenes máximos de lodo generados en la operación real. El esquema propuesto permite reducir de manera significativa el volumen de lodos a disponer, mejorar la separación sólido–líquido y facilitar el cumplimiento de los límites de vertimiento y lineamientos de diseño establecidos en la normativa colombiana para sistemas de potabilización de agua.
Se diseño un sistema de tratamiento para los lodos de la PTAP La Florida, teniendo como primera unidad un tanque de homogenización con un volumen útil de 170 m³, suficiente para recibir simultáneamente el lavado de un sedimentador, el volumen máximo de agua de lavado de filtros y los aportes adicionales por limpieza de unidades. A partir de este tanque, los lodos gruesos se conducen a un espesador por gravedad con un volumen total del orden de 100 m³, dimensionado para manejar 170 m³ de lodo húmedo en un tiempo de residencia cercano a 6 horas, cumpliendo las cargas de sólidos recomendadas en la Resolución 0330 de 2017. Para la etapa de deshidratación, el filtro prensa se seleccionó para tratar aproximadamente 63.7 m³/día de lodo espesado, con un volumen alimentado por ciclo del orden de 15.9 m³ y una producción estimada de 3.8 m³/día de lodo deshidratado (alrededor de 15 m³/mes), mientras que para los lodos livianos el mismo tanque de homogenización (170 m³) se emplea como volumen de regulación previo a la recirculación de hasta 101 m³ de agua de lavado de filtros por evento hacia la entrada de la planta (Texto tomado de la fuente).
Abstract
The treatment and disposal of sludge generated in Drinking Water Treatment Plants (DWTPs) represent a significant environmental and operational challenge due to their heterogeneous nature, variability in composition, and the need to comply with current environmental regulations. In Colombia, Resolution 0631 of 2015 establishes maximum permissible limits for liquid effluent discharges [10], while Resolution 0799 of 2021 mandates the implementation of homogenization, thickening, and dewatering processes prior to final sludge disposal [9]. Despite the existence of regulatory frameworks, many DWTPs lack efficient sludge treatment systems, leading to negative environmental impacts and limiting the potential for resource recovery [2].
This research aimed to develop an integrated treatment system for sludge generated during the sedimentation and filtration stages at the La Florida DWTP, located in Villamaría, Caldas. A comprehensive physicochemical characterization of the sludge was carried out to determine its composition and evaluate its behavior under different operational conditions. This initial diagnosis was essential for selecting appropriate treatment strategies and ensuring sludge stability prior to final disposal [8, 9]. Treatability tests were conducted to assess the effect of different coagulants and flocculants on solid–liquid separation efficiency and moisture reduction [18]. The results provided the technical basis for proposing an optimized treatment system design [8, 9].
The proposed treatment system integrates homogenization, thickening, and dewatering units, ensuring efficient sludge management in compliance with environmental regulations [8, 9]. Its implementation is expected to reduce sludge volume, improve stability, and facilitate potential reuse in applications such as soil amendment or construction materials production[3].
In this study, both light sludge (originating from filter backwashing) and heavy sludge (from sedimentation processes) were comprehensively characterized. Historical plant operation data (flow rate, pH, turbidity, and physicochemical parameters) were analyzed and compared with regulatory standards. Laboratory-scale treatability tests (jar tests using coagulants and polymers) were performed to evaluate treatment performance. Based on these results, alternative management strategies were defined and assessed considering technical, environmental, and economic criteria. For light sludge, controlled recirculation of filter backwash water to the plant inlet after homogenization was selected, while for heavy sludge, a treatment train consisting of a homogenization tank, gravity thickener, and filter press was proposed and dimensioned based on maximum sludge production rates.
The treatment system design includes a homogenization tank with an effective volume of 170 m³, capable of receiving sedimentation sludge, filter backwash water, and additional cleaning discharges. Heavy sludge is subsequently directed to a gravity thickener with a total volume of approximately 100 m³, designed to treat up to 170 m³ of wet sludge with a hydraulic retention time of around 6 hours, in accordance with Colombian regulations. The dewatering stage employs a filter press designed to process approximately 63.7 m³/day of thickened sludge, with a per-cycle feed volume of 15.9 m³ and an estimated production of 3.8 m³/day of dewatered sludge (approximately 15 m³/month). For light sludge, the same homogenization tank is used as a buffer unit, allowing the recirculation of up to 101 m³ of filter backwash water per event to the plant inlet.
Descripción
ilustraciones, fotografías, graficas, tablas