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Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería
1-1-2001
Aprovechamiento de biosólidos generados en la planta de Aprovechamiento de biosólidos generados en la planta de
tratamiento de aguas residuales el salitre como agregado fino en tratamiento de aguas residuales el salitre como agregado fino en
mezclas de concreto mezclas de concreto
Alberto José Barrios Von Halle Universidad de La Salle, Bogotá
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Citación recomendada Citación recomendada Barrios Von Halle, A. J. (2001). Aprovechamiento de biosólidos generados en la planta de tratamiento de aguas residuales el salitre como agregado fino en mezclas de concreto. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria/1388
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II
APROVECHAMIENTO DE BIOSÓLIDOS GENERADOS EN LA PLANTA DE
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EL SALITRE COMO AGREGADO
FINO EN MEZCLAS DE CONCRETO
ALBERTO JOSÉ BARRIOS VON HALLE
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
BOGOTÁ, D. C.,
2001
III
APROVECHAMIENTO DE BIOSÓLIDOS GENERADOS EN LA PLANTA DE
TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EL SALITRE COMO AGREGADO
FINO EN MEZCLAS DE CONCRETO
ALBERTO JOSÉ BARRIOS VON HALLE
Trabajo de grado para optar el título de
Ingeniero Ambiental y Sanitario
Directora
CARMENZA ROBAYO AVELLANEDA
Ing. Sanitaria – Universidad del Valle
Mgs. Saneamiento y Desarrollo Ambiental – Universidad Javeriana
Esp. Gestión de Residuos Industriales y Peligrosos –CEPIS
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
BOGOTÁ, D. C.,
2001
IV
Nota de aceptación
_______________________
_______________________
_______________________
_______________________
_______________________
Directora
_______________________
Jurado
_______________________
Jurado
Bogotá, D. C., octubre 24 de 2001
V
A mis padres, quienes han sido
más que una luz en mi camino,
mi motivo de inspiración y un apoyo constante
durante el transcurso de mi vida.
A mis hermanos, gracias
por su respaldo y solidaridad.
A mi tía Alicia con todo mi corazón.
Los amo con toda mi alma.
Alberto.
VI
AGRADECIMIENTOS
El autor expresa sus agradecimientos a:
Carmenza Robayo Avellaneda, Ingeniera Sanitaria y Directora de la
investigación, por sus valiosas orientaciones.
Carlos Arturo Rodríguez, Marcela Prada Betancur, Ingenieros Civiles de la
empresa Tremix Ltda., asesores de la investigación, por su constante
motivación en el desarrollo del trabajo.
Leonardo Calle Páez, ingeniero forestal, asesor de la investigación, por su
colaboración en el desarrollo del proyecto.
Diego Jiménez, Ingeniero de Bogotana de Aguas y Saneamiento, BAS, por su
colaboración en el desarrollo del trabajo, y la información suministrada para
efectuar con éxito este proyecto.
Ricardo Díaz, director de mercadeo de la Ladrillera Yomasa Ltda., por su
colaboración fundamental para el desarrollo del proyecto.
Elena Marchena Bulevas, Gerente Administrativa, Camilo Ríos Fresneda,
ingeniero civil, del laboratorio de concretos, suelos y pavimentos ConcreLab
Ltda., acreditado por la superintendencia de cámara y comercio desde 1999,
por su colaboración y constante motivación en el desarrollo del trabajo.
Gian Paolo Daguer, Ingeniero Ambiental y Sanitario, por su valiosa
colaboración en el desarrollo del proyecto.
VII
“Ni la universidad, ni los jurados,
ni el director son responsables de las
ideas expuestas por el graduando”
Art. 95 Parágrafo 1 del Reglamento Estudiantil
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle1
CONTENIDO
Pág.
GLOSARIO DE TÉRMINOS 9
RESUMEN 12
1. INTRODUCCIÓN 14
2. OBJETIVOS 16
2.1. GENERAL 16
2.2. ESPECÍFICOS 16
3. MARCO TEÓRICO 18
3.1. PLANTA DE CAUDALES RESIDUALES 18
3.1.1. Captación y Bombeo 19
3.1.2. Pretratamiento 19
3.1.3. Cámara de Reparto 20
3.1.4. Sedimentadores o Decantadores Primarios 20
3.1.5. Canales de Medición de Agua Tratada 21
3.2. BIOSÓLIDOS 22
3.2.1. ESPESADORES DE BIOSÓLIDOS PRIMARIOS 22
3.2.2. Edificio de Bombeo 23
3.2.3. Digestores de Biosólidos 23
3.2.4. Local de Calentamiento 24
3.2.5. Almacenamiento de Biosólidos Digeridos 24
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle2
Pág.
3.2.6. Deshidratación de Biosólidos 24
3.3. PROYECTOS A NIVEL NACIONAL E
INTERNACIONAL 28
4. METODOLOGÍA 30
4.1. CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA 31
4.2. INCINERACIÓN 31
4.3. ENSAYOS DE MEZCLA 32
4.4. DETERMINACIÓN DE PROPIEDADES FÍSICAS
Y MECÁNICAS 32
5. BIOSÓLIDO 33
5.1. CONSOLIDACIÓN DE CARACTERIZACIONES DE
BIOSÓLIDO 33
5.1.1. Desviación Estándar de las Muestras Puntuales y
Compuestas 33
5.2. MUESTRA DE BIOSÓLIDO 35
6. INCINERACIÓN 39
6.1. CENIZAS DE BIOSÓLIDO 42
6.1.1. Propiedades Físicas de los Agregados Utilizados
en las Mezclas de Concreto 43
7. DISEÑO DE MEZCLA 46
7.1. DISEÑO DE MEZCLA CON REEMPLAZO DE 10, 20
Y 30% DE ARENA POR CENIZA DE BIOSÓLIDO 47
7.2. PRUEBA DE ASENTAMIENTO 48
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle3
Pág.
8. CONCRETO ENDURECIDO 50
9. RELACIÓN DE COSTOS DEL PROYECTO 57
9.1. COSTOS DE APROVECHAMIENTO PARA LA
TOTALIDAD DE BIOSÓLIDO GENERADO
DIARIAMENTE EN LA PTAR EL SALITRE 60
10. CONCLUSIONES 62
11. RECOMENDACIONES 65
12. BIBLIOGRAFÍA 67
ANEXOS
Anexo 1. Consolidación Características de Biosólidos
31 – 01 – 2000 / 03 – 20 – 2001 70
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle4
LISTA DE TABLAS
Pág.
Tabla 1. Características de los Biosólidos de la Planta
El Salitre 22
Tabla 2. Promedio, Rango, Desviación Estándar y
Coeficiente de Variación de Metales Pesados
de las Muestras Puntuales y Compuestas
de Biosólido 34
Tabla 3. Características de la Muestra Puntual de
Biosólido Correspondiente al día 15 de Mayo
de 2001 36
Tabla 4. Análisis de Tamiz para los Agregados
Empleados en las Mezclas de Concreto 43
Tabla 5. Propiedades Físicas de los Agregados
Empleados en las Mezclas de Concreto 44
Tabla 6. Componentes y Cantidades de Materiales en
Mezcla de 1 m3 y 70 Litros de Resistencia
20.68 MPa 46
Tabla 7. Proporciones de Mezcla con Reemplazo de
Arena por Ceniza de Biosólido 47
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle5
Pág.
Tabla 8. Resultados de la Prueba de Asentamiento
de las Mezclas de Concreto 49
Tabla 9. Propiedades del Concreto Endurecido 52
Tabla 10. Reducción en la Resistencia a la Compresión 54
Tabla 11. Relaciones Agua/Cemento de las Mezclas
Elaboradas 55
Tabla 12. Relación de costos del proyecto 57
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle6
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Balance de Sólidos de la Planta El Salitre
Fase 1 27
Figura 2. Diagrama de Flujo Global del Proyecto 31
Figura 3. Perfil de Temperatura del Proceso de
Incineración 41
Figura 4. Desarrollo Resistencia a la Compresión 54
Figura 5. Volumen Adecuado de Reemplazo de Arena por
Ceniza de Biosólido 55
Figura 6. Costos de Aprovechamiento del Total de Biosólido
Generado Diariamente en la PTAR El Salitre 61
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle7
LISTA DE FOTOS
Pág.
Foto 1. Sistema de Captación 19
Foto 2. Cámara de Reparto 20
Foto 3. Espesadores y Decantadores Primarios 21
Foto 4. Digestores de Biosólidos 23
Foto 5. Almacenamiento de Biosólidos 24
Foto 6. Deshidratación de Biosólidos 25
Foto 7. Sistema de Recolección de Biosólidos por
Bandas 25
Foto 8. Disposición de Biosólidos en el Relleno
Sanitario Doña Juana 26
Foto 9. Sistema de Deshidratación de Biosólidos 29
Foto 10. Sistema de Deshidratación De Biosólidos 29
Foto 11. Biosólido 37
Foto 12. Hornos de la Ladrillera Yomasa Ltda. 39
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle8
Pág.
Foto 13. Hornos de la Ladrillera Yomasa Ltda. 40
Foto 14. Muestra de Ceniza de Biosólido 42
Foto 15. Muestra de Materiales Empleados en las
Mezclas 47
Foto 16. Mezcla Terminada con Reemplazo del 10%
de Arena 48
Foto 17. Máquina Para Efectuar Pruebas de Resistencia
a la Compresión 50
Foto 18. Máquina Para Efectuar Pruebas de Resistencia
a la Compresión 51
Foto 19. Cilindros Probados a Resistencia a la Compresión 53
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle9
GLOSARIO DE TÉRMINOS
AGREGADO: Materiales de relleno inerte, como arena, piedra y grava,
que se añaden a la mezcla de cemento y agua en cantidades establecidas
para aumentar el volumen de la mezcla.
AGREGADO FINO: Material de relleno inerte, en especial arena, que se
añade a la mezcla de cemento y agua en cantidades establecidas para
aumentar el volumen de la mezcla.
APROVECHAMIENTO: Técnicas para que un elemento sea empleado
útilmente como materia prima de un producto.
BIOSÓLIDO: Sólido, semi-sólido, o residuo líquido generado durante
tratamiento de caudales residuales domésticos. El biosólido incluye los
sólidos removidos en el proceso de tratamiento primario y secundario de
aguas residuales y materiales derivados de los biosólidos. El biosólido no
incluye la ceniza generada durante la quema de biosólidos en un
incinerador de biosólidos o las areniscas y granzas generadas durante el
tratamiento preliminar del alcantarillado doméstico en las plantas de
tratamiento.
CEMENTO PÓRTLAND: Mezclas de materias seleccionadas, extraídas,
proporcionadas y calcinadas a una temperatura de fusión de
aproximadamente 1482 ºC, para lograr la composición química deseada.
La cristalización que queda de la calcinación es finamente pulverizada.
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle10
CURADO: Se refiere a los pasos necesarios para mantener el concreto
húmedo y aproximadamente a 22.78 ºC hasta que haya alcanzado la
resistencia deseada. Las propiedades del concreto, esfuerzo,
impermeabilidad, resistencia al uso y la estabilidad del volumen mejoran
con el tiempo, al igual que sus condiciones se mantienen. Es el proceso
por el cual se evita que se evapore el agua usada durante la mezcla del
material, con el objeto de que el cemento pueda hidratarse
completamente
FRAGUADO: Se refiere al endurecimiento del concreto. Una condición
que debe tener el cemento es la de permitir que la colocación del
hormigón en las formaletas se pueda realizar completamente sin que este
pierda la fluidez, con el objeto de llenar totalmente todo el espacio
previsto y formar después del fraguado un conjunto compacto, sin
hormigueros. Esto exige que el fraguado del cemento tome el tiempo
suficiente para que las operaciones que deben realizarse para mezclarlo,
transportarlo, colocarlo en formaletas, vibrarlo y alizarlo se pueden
realizar antes de que se inicie el fenómeno del fraguado, puesto que de lo
contrario se afecta seriamente la calidad del materia
MORTERO: Mezcla de cemento Pórtland, cal, agregados finos y agua en
tal proporción que la mezcla sea plástica, es decir, maleable. La
proporción exacta y el tamaño máximo de la partícula de agregado se
determinan según el propósito de la mezcla.
PESO ESPECÍFICO APARENTE Y NOMINAL: En agregados finos y
gruesos, se define el peso específico aparente como la relación
entre el peso al aire del sólido y el peso de agua correspondiente a
su volumen aparente y peso específico nominal a la relación entre
el peso al aire del sólido y el peso de agua correspondiente a su
volumen nominal.
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle11
ASENTAMIENTO: Método de prueba que contempla el procedimiento por
emplearse en laboratorio y en campo para determinar la consistencia del
concreto. No es un método exacto pero proporciona resultados lo
suficientemente precisos. No es aplicable cuando hay una cantidad de
agregado mayor que 5.08 cm (2 pulgadas) en el concreto.
RESISTENCIA: Capacidad del concreto de resistir cargas a compresión,
flexión o al cortante.
VOLUMEN APARENTE Y NOMINAL: En un sólido permeable, si se
incluye en su volumen la parte de vacíos accesibles al agua en las
condiciones que se establezcan, se define el volumen denominado
"aparente"; si se excluye este volumen de vacíos, al volumen
resultante se de denomina "nominal".
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle12
RESUMEN
Los biosólidos provenientes de la planta de tratamiento de aguas
residuales El Salitre del Distrito Capital se generan, en promedio, a razón
de 130 toneladas métricas por día. Actualmente se disponen en el Relleno
Sanitario Doña Juana, como material de cobertura.
En algunos países desarrollados, en donde los lugares para la disposición
de biosólidos es un problema de interés sanitario, se ha propuesto
convertir los biosólidos en materiales de construcción, como una opción
viable de aprovechamiento y una alternativa para la conservación de los
recursos naturales y el ambiente.
El presente estudio contiene lineamientos para el uso de biosólidos como
alternativa de reemplazo de agregados de arena en concreto. Los
biosólidos fueron incinerados a una temperatura de 1135 ºC, produciendo
un agregado de media resistencia mecánica, alta porosidad y baja
densidad, en comparación con otros agregados. El concreto con los
agregados de ceniza de biosólido ofrece una resistencia de compresión de
23.97, 17.67, 9.77 y 5.63 MPa en promedio, después de 28 días, para las
sustituciones de 0, 10, 20 y 30% de arena por ceniza de biosólido
respectivamente.
Los resultados experimentales indicaron que un completo reemplazo de
los agregados convencionales con biosólido calcinado para el concreto
estructural es técnica y ambientalmente factible. Los resultados señalan
que es posible reemplazar hasta el 10% en peso de los agregados finos
por cenizas de biosólidos en una mezcla de concreto, utilizando aditivos
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle13
plásticos que mejoran la resistencia a la compresión, retardan el tiempo
de fraguado del concreto, incrementan el asentamiento del concreto,
disminuyen las cantidades de agua y concreto en las mezclas e
incrementan la durabilidad e impermeabilidad del concreto.
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle14
1. INTRODUCCIÓN
Desde décadas pasadas hasta nuestros días, el rápido proceso de
industrialización y urbanización en la Sabana de Bogotá ha incrementado
la generación de residuos en grandes cantidades, que, junto con los
residuos provenientes del tratamiento de los caudales residuales, ha
causado que la disposición de los biosólidos en rellenos sanitarios se haya
convertido un problema de interés sanitario debido a la indisponibilidad de
nuevos terrenos para su confinamiento.
Se hace necesario establecer un destino final para estos biosólidos que
permita su aprovechamiento que además reduzca los riesgos de
contaminación del medio ambiente; sin embargo, el costo de la
manipulación y disposición combinada de biosólidos domésticos es con
frecuencia mayor que el costo del tratamiento del agua residual misma.
Existen dos enfoques diferentes para la manipulación de los biosólidos
provenientes del tratamiento de aguas residuales: la reutilización en
oposición a la disposición. El enfoque que considera la reutilización se
basa en el reciclaje de los mismos de manera que los nutrientes y la
materia orgánica contenida en ellos sean de nuevo usada y con las demás
características del biosólido, puedan aprovecharse posteriormente como
agregados en mezclas de concreto o arcilla (producción de ladrillos).
Por otro lado, la disposición considera que el biosólido es un material de
desecho. En algunos casos, como en la disposición final a rellenos
sanitarios, se pueden presentar problemas de contaminación de aguas
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle15
subterráneas, debido al contenido de componentes tóxicos del mismo, a
causa de procesos de lixiviación. No obstante, algunos de los sistemas de
disposición incluyen técnicas de tratamiento para proporcionar
reducciones máximas en el volumen y/o en la masa del biosólido antes de
la disposición, con poca o ninguna consideración por los componentes
potencialmente beneficiosos del mismo.
Debido a la problemática que se ha venido presentando y con el fin de
proponer nuevas alternativas de solución para el manejo y disposición
final de grandes volúmenes de biosólido generados en la Planta de
Tratamiento de Aguas Residuales El Salitre, se desarrolla el presente
proyecto como mecanismo de aprovechamiento en mezclas de concreto,
apoyado en los nuevos programas de reducción y aprovechamiento de
residuos, promovidas en la política de minimización y producción limpia
del Ministerio del Medio Ambiente.
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle16
2. OBJETIVOS
2.1. OBJETIVO GENERAL
ª Establecer alternativa de aprovechamiento para biosólidos generados
en la planta de tratamiento de aguas residuales El Salitre.
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
ª Caracterizar los biosólidos analizando sus propiedades físicas y
químicas.
ª Realizar ensayos para identificar el tratamiento requerido de los
biosólidos para su acondicionamiento y uso en la producción de
mezclas de concreto.
ª Incinerar los biosólidos para convertirlos en materia prima (agregado
fino) del concreto.
ª Realizar ensayos de mezcla para determinar la dosificación óptima de
cenizas de biosólido en las mezclas de concreto.
ª Determinar propiedades físicas y mecánicas (resistencia a la
compresión, gravedad específica y tamaño de partícula) de los
productos obtenidos.
ª Analizar la factibilidad que ofrecen los resultados del presente proyecto
como alternativa viable de aprovechamiento de biosólidos generados
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle17
en la planta de tratamiento de aguas residuales El Salitre como
agregado fino en mezclas de concreto.
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle18
3. MARCO TEÓRICO
3.1. PLANTA DE CAUDALES RESIDUALES
La planta de tratamiento de aguas residuales El Salitre, se comenzó a
construir el 17 de septiembre de 1997, por parte del consorcio
LYONNAISE DES EAUX – DEGRÈMONT, y cedió contrato a una compañía
con régimen comercial colombiano denominada BOGOTANA DE AGUAS Y
SANEAMIENTO – Suez Lyonnaise des Eaux – Degrèmont – E.S.P. – S.A.
(BAS), primera compañía de servicio público en Colombia que se dedica al
tratamiento de caudales residuales.
La capital colombiana descarga actualmente al Río Bogotá cerca de 15
m3/seg de caudales residuales sin tratamiento alguno. Se diseñó una
estrategia para desarrollar en un período de 20 años mediante la
implementación en serie de tres plantas de tratamiento de aguas
residuales, cerca de la descarga de los principales sistemas de drenaje
afluentes al Río Bogotá; Salitre, Fucha y Tunjuelo. A su vez, cada una de
las tres plantas será desarrollada, de acuerdo con el concepto original en
dos fases. En la primera fase se realizará el tratamiento primario y en la
segunda fase el tratamiento biológico secundario de las aguas servidas.
La primera fase de la planta de tratamiento de El Salitre tiene una
capacidad de 4 m3/seg.
Los componentes del proceso de tratamiento del caudal residual en la
planta El Salitre son:
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle19
3.1.1. Captación y Bombeo: Durante los primeros años de
operación, la alimentación se efectúa desde el canal-interceptor de aguas
negras El Salitre, canal que será reemplazado por un interceptor
subterráneo denominado IRB. El volumen ingresa inicialmente a una
cámara tranquilizadora provista de un foso de remoción de sólidos
gruesos pesados, para pasar luego por un pretratamiento de cribado
grueso por medio de rejas. Para la elevación del agua a 9.50 m se han
previsto bombas tipo tornillo de Arquímedes de 3.10 m de diámetro, tal
como se observa en la foto 1.
Foto 1. Sistema de Captación
Fuente: Gian Paolo Daguer / Año 2001
3.1.2. Pretratamiento: Este consiste en desbaste fino, mediante
cuatro sistemas de rejillas automáticas; desarenado, que permite
remover arena y otros materiales inertes y desengrasado; esto se logra
en tres canales aireados dobles, cada uno de 8 metros de ancho y 30
metros de largo. De aquí el caudal es conducido mediante un conducto
rectangular box culvert hacia las cámaras de reparto de agua.
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle20
3.1.3. Cámara de Reparto: Están provistas de vertederos calibrados
para distribuir uniformemente los caudales de alimentación a los
sedimentadores o decantadores primarios cada cámara reparte a 4
sedimentadores, como se puede ver en la foto 2.
Foto 2. Cámara de Reparto
Fuente. Gian Paolo Daguer / Año 2001
3.1.4. Sedimentadores o Decantadores Primarios: Se han
diseñado 8 unidades de 43 metros de diámetro cada una, altura lateral de
3.5 m. El caudal residual proviene de la cámaras de reparto, ingresa a
cada decantador por un conducto central vertical. Una pantalla difusora
instalada alrededor de este conducto obliga al caudal a descender para
luego ascender hacia las canaletas recolectoras perimetrales. En este
descenso y posterior ascenso se produce el desprendimiento de los
sólidos sedimentables que van al fondo del tanque para formar el
biosólido primario. Los sedimentadores están dotados de puentes
barrelodos para raspar el biosólido que cae al fondo y concentrarlo en una
tolva o bolsillo central. Este biosólido será transportado por medio de las
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle21
estaciones de bombeo de biosólidos primarios hasta los espesadores de
biosólidos donde se inicia su tratamiento, como se ve en la foto 3.
Foto 3. Espesadores y Decantadores Primarios
Fuente: Gian Paolo Daguer / Año 2001
3.1.5. Canales de Medición de Agua Tratada: El agua decantada
que se recoge en las canaletas perimetrales es transportada a lo largo de
los conductos colectores hasta la estructura de medición para su posterior
descarga en el Río Bogotá durante el funcionamiento de la Fase 1.
Los caudales residuales son en su mayor parte de origen doméstico y
contienen principalmente materia orgánica y organismos patógenos,
basuras y arena. Como productos del tratamiento se tienen:
ª Volumen tratado que se descarga al Río Juan Amarillo y confluye al Río
Bogotá.
ª Basuras y arenas que se envían al relleno sanitario doña Juana.
ª Biogas que será reutilizado como combustible para el calentamiento
del proceso de degradación de la materia orgánica.
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle22
ª Biosólidos, materia orgánica degradada similar al humus del suelo, que
es convertida en un sólido estable. Este material de origen orgánico
puede ser enterrado en relleno, utilizado en propósitos agrícolas o
incinerado.
3.2. BIOSÓLIDOS
Los biosólidos de la Planta El Salitre contienen bajas concentraciones de
sustancias de interés sanitario. En la tabla número 1 se comparan
parámetros de los biosólidos del Salitre con la norma de la Agencia de
Protección Ambiental de los Estados Unidos (SEPA):
Tabla 1. Características de los Biosólidos de la Planta El Salitre
PARÁMETRO
CONCENTRACIÓN
BIOSÓLIDOS EL
SALITRE
(mg/Kg de peso
seco)
NORMA EPA
(mg/Kg de peso
seco)
Cadmio Menor de 1 85
Cobre 5 – 273 4300
Níquel Menor de 6 420
Plomo 41 – 100 840
Zinc 124 – 820 7500
Mercurio 21 57
Fuente: Investigaciones de la Universidad de Los Andes / Año 1999
3.2.1. Espesadores de Biosólidos Primarios: Se construyeron dos
unidades de 2 metros de diámetro y 4 m de altura lateral con el fin de
aumentar la concentración de biosólidos antes de enviarlos a digestión. La
existencia de los espesadores permite también regular los aportes de
biosólidos al tratamiento de digestión anaeróbica como se ve en la foto 3.
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle23
Los caudales que se han retirado a los biosólidos son retornados al inicio
del proceso.
3.2.2. Edificio de Bombeo: Los biosólidos espesados, con una
concentración de sólidos del orden de 6 a 10 % aproximadamente, son
extraídos y enviados hacia un pozo de recolección, desde donde se
bombean a los digestores.
3.2.3. Digestores de Biosólidos: Como se observa en la foto 4, en
tres digestores de 8500 metros cúbicos de capacidad se produce la
estabilización biológica de los biosólidos primarios, a una temperatura de
35º centígrados y al cabo de 22 días están digeridos. La mezcla
homogénea de los biosólidos se logra mediante la agitación por gas. El
biogas producido es recirculado e inyectado en el centro de cada digestor,
asegurando un contacto íntimo entre el biosólido digerido y el biosólido
crudo.
Foto 4. Digestores de Biosólidos
Fuente: Gian Paolo Daguer / Año 2001
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle24
3.2.4. Local de Calentamiento: Utilizando la energía propia de la
planta por combustión de biogas, los biosólidos son calentados en
intercambiadores tubulares de contracorriente de agua y biosólidos. Se
realiza entonces un calentamiento externo de los biosólidos que facilita el
mantenimiento de los aparatos.
3.2.5. Almacenamiento de Biosólidos Digeridos: Los biosólidos
digeridos son almacenados en un tanque equipado con agitadores
sumergibles desde donde son extraídos hacia el proceso de
deshidratación, como se observa en la foto 5. Para esto se ha previsto
una estructura circular abierta de 2700 m3 de volumen útil con capacidad
suficiente para primera y segunda fases.
Foto 5. Almacenamiento de Biosólidos
Fuente: Gian Paolo Daguer / Año 2001
3.2.6. Deshidratación de Biosólidos: Los biosólidos digeridos son
secados para reducir su volumen y facilitar su transporte. Para realizar
este proceso, los biosólidos son enviados desde la fosa o tanque de
recolección de biosólidos donde se ubican filtros de banda, que se
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muestran en la foto 6. En cinco unidades de filtración se realiza la
deshidratación hasta lograr una consistencia semisólida con una
concentración de sólidos de aproximadamente 30%.
Foto 6. Deshidratación de Biosólidos
Fuente: Gian Paolo Daguer / Año 2001
Foto 7. Sistema de Recolección de Biosólidos por Bandas
Fuente: Gian Paolo Daguer / Año 2001
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Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle26
Los biosólidos, una vez deshidratados, son llevados a unos contenedores
por medio de bandas transportadoras, que sacan el biosólido
deshidratado de la cámara de filtro, como se muestra en la foto 7. De ahí
son llevados actualmente al Relleno Sanitario Doña Juana, en donde se
disponen como material de cobertura, tal como aparece en la foto 8.
Foto 8. Disposición de Biosólidos en el Relleno Sanitario
Doña Juana
Fuente: Gian Paolo Daguer / Año 2001
La figura 1 muestra los insumos (agua, tanto potable, para servicio y
lavado de filtros, energía y productos químicos, como cloruro férrico y
polímero que se emplea para tratamiento primario y para el secado de los
biosólidos) y volúmenes de efluentes líquidos y cantidades de
subproductos de la planta, que se han calculado con base en balances
sólidos.
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle27
Figura 1. Balance de sólidos de la Planta El Salitre Primera Fase
Fuente: Alcaldía Mayor de Bogotá – DAMA / Año 1996
DecantadorPrimario
Espesador
Digestor
Deshidratación
EfluenteDBO=56712 kg/dSST=49240 kg/d
Agua CrudaQ=345600 m3/dDBO=94520 kg/dSST=123100 kg/d
Q=7635 m3/dDBO=37805kg/dSST=73860kg/d
Q=65611m3/dSST = DBO =0.5 g/L =3256 kg/d
Q=1124 m3/dSST=73060kg/d67% Materiavolátil
Q=1791m3/dDBO=SST=0.5 g/L =880 kg/d
Rem 45% mat.volátilSST=51032kg/dQ= 1124 m3/d53% mat volátil
Polielectrolito153 kg/d
V=167 m3/dMat Sólido =50305 kg/d
Agua deLavado667 m3/d
Q=8302 m3/dDBO=SST=4158 kg/d
DBO = DemandaBioquímica de Oxígeno.SST = SólidosSuspendidos TotalesQ = Caudal
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle28
3.3. PROYECTOS A NIVEL NACIONAL E INTERNACIONAL
En la actualidad, instituciones educativas, como Universidades de La
Salle, Los Andes, y autoridades ambientales como CAR y DAMA, han
planteado alternativas de aprovechamiento de los biosólidos que se
generan el las plantas de tratamiento de aguas residuales, especialmente
en la planta El Salitre, debido a las características del tratamiento y
disposición de los biosólidos, como a la composición fisicoquímica de los
mismos.
Técnicas como el compostaje, el aprovechamiento de los biosólidos para
recuperación de suelos, técnicas para el aprovechamiento agrícola, para
la fabricación de ladrillos y en este caso, como agregado fino en mezclas
de concreto, son algunas de las múltiples opciones en las que el biosólido
es potencialmente utilizado. Claro está que estas alternativas se han ido
generando en países en donde la disposición de los mismos se ha
convertido en un problema de preocupación sanitaria, y en donde los
posibles lugares de disposición no cumplen con requerimientos sanitario-
ambientales para el entorno.
Es por esto que la mayoría de los países han tenido que implementar,
para el tratamiento y/o aprovechamiento de los biosólidos, tecnologías de
punta, lo que incluye un incremento en los costos involucrados en los
procesos, con el fin de minimizarlos o utilizarlos dentro de sus áreas
metropolitanas.
Tal como se observa en la fotos 9 y 10, existen sistemas para la
evaporación y deshidratación de biosólidos, como tecnologías que se
implementan para la minimización en volumen y/o peso para su posterior
aprovechamiento o disposición, con el fin de mejorar las operaciones en
cuanto a su manejo se refiere. Esto en parte debido al alto contenido de
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
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humedad de los biosólidos provenientes del tratamiento de caudales
residuales.
Foto 9. Sistema de Deshidratación de Biosólidos
Fuente: Carmenza Robayo A. / Año 2001
Foto 10. Sistema de Deshidratación de Biosólidos
Fuente: Carmenza Robayo A. / Año 2001
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle30
4. METODOLOGÍA
La alternativa de aprovechamiento de los biosólidos generados en la
planta de tratamiento de aguas residuales El Salitre que se pretende dar
por medio de este proyecto de investigación, está encaminada a la
utilización de las cenizas de dichos biosólidos en mezclas de concreto para
materiales de construcción, materiales para canales y otras alternativas
en las que el concreto con cenizas de biosólido podrá ser potencialmente
utilizado.
Los principales puntos de este documento incluyen la determinación de
las propiedades químicas de los biosólidos producidos en la planta, el
proceso de conversión de los biosólidos en ceniza por medio de la
incineración y la evaluación correspondiente a la utilización de las mezclas
(mezclando cenizas con cemento, arena y grava) para aplicaciones
adecuadas, teniendo en cuenta los resultados de las propiedades del
producto final.
En la figura 2, que contiene el procedimiento seguido en el desarrollo de
la investigación, se observa también los sitios de ensayo donde se
efectuaron los diferentes procesos requeridos para la obtención del
producto final.
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle31
Figura 2. Diagrama de Flujo Global del Proyecto
4.1. CARACTERIZACIÓN FISICOQUÍMICA: consiste en
caracterizar los biosólidos después de pasar por el proceso de
deshidratación y antes de ser llevados a incineración para
determinar su composición en metales pesados, como: arsénico,
cadmio, cobre, cromo, mercurio, níquel, plomo, selenio y zinc, y
cuyos análisis y resultados fueron suministrados por Bogotana
de Aguas y Saneamiento ESP, S.A.
4.2. INCINERACIÓN: de una cantidad aproximada de 600 Kg,
proceso que se llevó a cabo en los hornos de la ladrillera
BIOSÓLIDO CARACTERIZACIÓNQUÍMICA
INCINERACIÓN
CENIZA DE BIOSÓLIDO
DETERMINACIÓN DEPROPIEDADES FÍSICAS Y
MECÁNICAS DELPRODUCTO FINAL
ENSAYOS DE MEZCLA
600 Kg.22 días digestión.Muestra puntual.
Bogotana deAguas ySaneamientoS.A.
LadrilleraYomasaLtda.
Tremix Ltda.,LaboratorioConcrelabLtda.
Resistenciacompresión, 7, 14, 28días.
80 Kg.Aprox.
LaboratorioConcrelabLtda.
As, Cd, Cu, Cr, Hg,Ni, Pb, Se, Zn
0, 10, 20 y 30%Reemplazo de arenapor ceniza debiosólido
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle32
Yomasa, a una temperatura máxima de 1100 ºC, con el fin de
convertir los biosólidos producidos en cenizas, materia prima
para la producción de mezclas de concreto.
4.3. ENSAYOS DE MEZCLA: se efectuaron según el diseño de
mezcla correspondiente al capítulo 7, en donde se calcularon
mezclas sustituyendo 10, 20 y hasta 30% de arena por ceniza
de biosólido. Estos ensayos se efectuaron en el laboratorio de
concretos Concrelab Ltda., en coordinación con la empresa
Tremix Ltda., quien se encargó del suministro de los materiales
necesarios para realizar las mezclas de concreto.
4.4. DETERMINACIÓN DE PROPIEDADES FÍSICAS Y
MECÁNICAS de los productos finales con posibilidades de ser
utilizados como agregado fino en mezclas de concreto
(resistencia a la compresión a 7, 14 y 28 días, densidad de los
agregados incluyendo la ceniza de biosólido, tamaño de
partícula y absorción de agua). Esta determinación se efectuó
en las instalaciones del laboratorio de concretos, suelos y
pavimentos Concrelab Ltda.
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle33
5. BIOSÓLIDO
5.1. CONSOLIDACIÓN DE CARACTERIZACIONES DE
BIOSÓLIDO
Mensualmente la empresa Bogotana de Aguas y Saneamiento BAS ESP,
realiza un reporte sobre las características fisicoquímicas de los
biosólidos, el número y tipo de muestras, se presenta ante el
Departamento Técnico Administrativo del Medio Ambiente, DAMA, entidad
encargada del control y seguimiento sobre manejo y disposición de los
biosólidos provenientes del tratamiento del agua residual que se lleva a
cabo en la Planta El Salitre. El anexo 1 contiene el informe semestral que
corresponde al periodo agosto 31 de 2000 – marzo 13 de 2001.
5.1.1. Desviación estándar de las muestras puntuales y
compuestas
El cálculo de la desviación fue necesario realizarlo para obtener la medida
de la dispersión de los valores respecto a la media (valor promedio), de
las muestras puntuales como de las compuestas. Su utilidad se debe a
que ella junto con el promedio ayuda a determinar los límites dentro de
los cuales se encuentran las observaciones que se estudian, en tal forma,
que basta conocer el promedio y la desviación típica para reproducir toda
la información contenida en los datos originales, salvo pequeñas
variaciones. Dicha desviación se muestra en la tabla 2, junto con los
valores promedios, rangos y coeficientes de variación de las
concentraciones de los metales pesados incluidos en la consolidación de
caracterizaciones de biosólidos presentada en el anexo 1.
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales El Salitre como agregado fino en mezclas de concreto
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Tabla 2. Promedio, Rango, Desviación Estándar y Coeficiente de Variación de Metales Pesados de las
Muestras Puntuales y Compuestas de Biosólido
RANGO
(mg/Kg seco)PROMEDIO
(mg/Kg seco)P C
DESVIACIÓN
ESTÁNDAR
COEFICIENTE
VARIACIÓN
(%)
METAL
PESADO
P C MAX MIN MAX MIN P C P C
Arsénico 0.03 0.04 0.44 0.01 0.183 0.01 0.03 0.04 100 100
Cadmio 4.54 4.37 7.2 1.53 7.42 2.05 1.59 1.49 35.02 34.1
Cobre 136.01 134.36 167.8 101 159.8 108.6 15.5 15.6 11.4 11.61
Cromo 62.44 61.75 75.16 35.08 71.31 40.94 8.62 8.34 13.8 13.5
Mercurio 0.28 0.23 0.96 0.05 1.002 0.04 0.27 0.2 96.43 86.96
Níquel 32.42 34.01 48.94 26.52 43.92 26.67 5.2 6.78 16.04 19.94
Plomo 109.15 108.51 142.7 88.6 134.5 90.97 24.94 13.2 22.85 12.16
Selenio 0.02 0.03 0.14 0.01 0.12 0.01 0.033 0.041 165 136.7
Zinc 1035.52 998.41 1665 102.7 1164 855 254.78 110.89 24.6 11.11
P = Muestra Puntual
C = Muestra Compuesta
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
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Según la tabla 2, los valores promedios de concentraciones tanto de las
muestras compuestas como puntuales son muy parecidos, a pesar que las
variaciones entre los valores máximos y mínimos son amplios mas no
representativos.
También se puede anotar que la variación entre los valores máximos de
concentración es mayor para las muestras puntuales, como es el caso del
zinc, cuya variación supera 500 unidades, incrementando el promedio.
Los coeficientes de variación para el arsénico y el mercurio son muy altos,
debido a que no existe una variación representativa entre los valores
promedio y sus respectivas desviaciones estándar, o sus variaciones son
mínimas.
5.2. MUESTRA DE BIOSÓLIDO
La muestra de biosólido, que fue llevada a los hornos de la ladrillera
Yomasa Ltda. en donde se llevó a cabo el proceso de incineración, es una
muestra puntual tomada el día 15 de mayo, cuya caracterización
corresponde a la muestra compuesta de los días 1 a 15 de mayo de 2001.
La muestra fue recolectada en bolsas plásticas de 30 Kg máximo cada
una, y transportadas directamente desde la planta hasta la ladrillera, con
el fin de no alterar sus condiciones de humedad, concentración de
metales pesados y a falta de un lugar de disposición y almacenamiento.
Sus características de metales pesados están ilustradas en la tabla 3.
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
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Tabla 3. Características Químicas de la Muestra Puntual de
Biosólido Correspondiente al día 15 de Mayo de 2001
PARÁMETROCONCENTRACIÓN
(mg/Kg seco)
NORMA EPA 503
(mg/Kg seco)
Arsénico 0.59 75
Cadmio 4.01 85
Cobre 137.5 4300
Cromo 50.31 3000
Mercurio 0.36 57
Níquel 32.04 420
Plomo 97.47 840
Selenio 0.05 100
Zinc 1081 7500
Fuente: BAS. Informe mensual de gestión de biosólidos, mayo 2001
Haciendo una comparación de las tablas 2 y 3 en cuanto a las
concentraciones de metales pesados de la muestra puntual y los valores
promedio se pueden hacer varias observaciones, teniendo en cuenta que
la caracterización corresponde a la muestra compuesta comprendida
entre los días 1 a 15 de mayo de 2001.
1. La concentración de arsénico presente en la caracterización supera
el valor promedio para la muestra compuesta y está por fuera del
margen máximo.
2. Las concentraciones de cromo y cadmio son más bajas que los
valores promedios para la muestra compuesta, sin embargo se
encuentran entre los intervalos de valores máximos y mínimos.
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
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3. Para los demás metales (cadmio, cobre, mercurio, níquel, plomo y
zinc), los valores de la caracterización se ajustan normalmente a
los promedios y rangos presentados en la tabla 2, con lo cual se
puede concluir que no hay diferencia representativa de los datos
finales de concentraciones de metales pesados con respecto a las
muestras puntuales y compuestas.
Foto 11. Biosólido
Fuente: Gian Paolo Daguer / Año 2001
Como se puede apreciar en la foto 11, la muestra de biosólido tiene una
apariencia de tierra negra. Contiene 67% de humedad y olor no muy
fuerte en bajas cantidades. Se tomaron aproximadamente 600 Kg, con el
fin de asegurar una proporción suficiente para realizar las mezclas
apropiadas con cemento, teniendo en cuenta que en el proceso de
incineración se pierde aproximadamente un 80% en peso, debido a que
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
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se elimina la humedad (67%)1, calentando la muestra a 105 ºC; materia
orgánica (15%), calentando a 550 ºC; y materia inorgánica oxidable
(0.5%), calentado a 900 ºC. La calcinación total de la muestra se logra a
partir de los 1000 ºC, tal como se describe en el capítulo 6 sobre
incineración.
1 Estos valores están de acuerdo a resultados de análisis en laboratorio de la Universidadde La Salle, efectuados por el autor, con el fin de determinar el rendimiento deincineración de biosólidos.
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6. INCINERACIÓN
La incineración de los biosólidos se llevó a cabo en los hornos de la
Ladrillera Yomasa Ltda., ubicada en la carrera 37 E 82 – 02 sur, los días
26 de mayo a 1 de junio de 2001. La ladrillera cuenta con 3 hornos para
la cocción y quemado de sus productos, principalmente ladrillo común,
bloque y tabletas, lo cual se logra por medio de la inyección de carbón
mineral. El tipo de horno con el que cuenta la ladrillera se ilustra en las
fotos 12 y 13.
Foto 12. Hornos de la Ladrillera Yomasa Ltda.
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
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Foto 13. Hornos de la Ladrillera Yomasa Ltda.
Cada uno de los hornos de la ladrillera cuenta con un total de 20 cámaras
internas donde la temperatura máxima puede alcanzar los 1200 ºC.
Existen cámaras en donde la temperatura es más baja y puede variar
entre 950 y 1000 ºC. La capacidad total de cada horno es de 290
toneladas, pero puede variar dependiendo del tipo de producto que se
quiera obtener.
El perfil de temperatura del proceso de incineración se muestra en la
figura 3. El proceso de incineración en el horno puede durar máximo 10
días, debido a que se hace por medio de líneas de quemado, es decir, en
cámaras independientes dentro del horno. También es debido a que el
proceso se efectúa por intercambio de calor entre las cámaras.
La temperatura máxima dentro del horno depende básicamente del
tiempo de quemado, la cantidad de producto requerido y la cámara donde
se realiza el proceso. En el proceso de calcinación no se eliminó la
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle42
humedad contenida en el biosólido, debido a los efectos que incurren en
este proceso, como olores, a causa de la naturaleza misma del biosólido,
y al tiempo que demoraría en secar al aire libre o en los secadores de la
planta. Además, el desecador con el que cuenta la planta en el momento
estaba lleno y no había campo para deshidratar la totalidad de biosólido
(600 Kg), contribuyendo a obviar este paso. Como se mencionó
anteriormente, la remoción de la materia orgánica se efectúa a partir de
los 550ºC, mientras que la oxidación de la materia inorgánica se logra
cuando la temperatura llega a los 900 ºC. La calcinación total del
biosólido se lleva a cabo a partir de los 1000 ºC.
FIGURA 3. Perfil De Temperatura Del Proceso De Incineración
100
500
1100
500
100 4040
0
200
400
600
800
1000
1200
1 2 3 4 5 6 7
DÍA
TE
MP
ER
AT
UR
A (
ºC)
Como se observa en la figura 3, el perfil muestra una simetría en cuanto
a la forma de la curva, debido a que el proceso de quemado de los
productos que se fabrican allí debe comenzar primero con un
calentamiento suave, luego, a medida que avanza el tiempo, se va
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
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incrementando la temperatura, hasta alcanzar un máximo de 1200 a
1300 ºC. Para este caso la temperatura máxima es de aproximadamente
1100 ºC, debido a que se calcinó la muestra en una cámara de baja
temperatura. Además es más conveniente hacerlo de este modo, debido a
que si se atrasa la velocidad de enfriamiento, se promueve la
recristalización en orden de producir agregados más fuertes y resistentes.
6.1. CENIZAS DE BIOSÓLIDO
Después del proceso de incineración del biosólido, se obtuvo una cantidad
aproximada de 80 Kg de ceniza, es decir que se pierde un 87% en peso.
La foto 14 presenta una muestra de ceniza de biosólido que fue utilizada
para realizar las mezclas en concreto.
Foto 14. Muestra de Ceniza de Biosólido
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Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle44
6.1.1. Propiedades Físicas de los Agregados Utilizados en las
Mezclas de Concreto
Se realizaron pruebas para determinar las propiedades físicas de los
agregados empleados en las mezclas de concreto, que permiten
identificar las características de los mismos en cuanto a tamaños
máximos, densidad y absorción de agua, indispensables para efectuar
diseños de mezcla con concreto. Los resultados del análisis de tamiz de
las cenizas secas provenientes de horno, arena de río, arena de peña y
grava común, se muestran en la Tabla 4. Para la ceniza de biosólido se
presentan 95.66% más finas que un tamiz # 4 y aproximadamente
12.34% más finas que un tamiz # 200.
Tabla 4. Análisis de Tamiz Para los Agregados Empleados en las
Mezclas de Concreto
% QUE PASATAMAÑO
TAMIZ (##) AGREGADO FINO A. GRUESO
mm Pulg. CENIZAARENA DE
RÍO
ARENA DE
PEÑA
GRAVA
COMÚN
19 ¾ – – – 96.28
12.5 ½ – – – 61.00
9.5 3/8 99.66 98.11 99.11 33.00
4.8 4 95.66 78.86 89.52 8.30
2.4 8 78.25 51.92 85.03 6.41
1.2 16 60.50 40.13 83.26 –
0.6 30 35.31 31.69 77.13 –
0.3 50 18.18 15.96 27.35 –
0.15 100 14.34 8.84 10.13 –
0.075 200 12.34 0.80 1.16 3.67
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Los análisis de tamiz son diferentes para agregado fino y agregado
grueso. Es por esto que la grava presenta otros tamaños de tamiz que no
se incluyen en el análisis de la arena y la ceniza.
Como se puede apreciar en la tabla 4, la ceniza muestra proporciones de
partículas semejantes entre los tamices 8 y 50, debido a la característica
misma de la ceniza, y a la uniformidad del producto obtenido luego de la
incineración. El porcentaje que pasa en el tamiz No. 200 es alto
comparado con los demás agregados. En el caso de la grava, la mayoría
del material es retenido en el tamiz de ½ pulgada, presentándose sin
embargo altas cantidades en los tamices 3/8, 4 y 8.
La tabla 5, muestra otras propiedades físicas de la ceniza de biosólido,
arena de peña y arena de río. Debido a que el biosólido fue incinerado a
una temperatura máxima de 1100 ºC, no existen impurezas orgánicas
que puedan causar daños en mezclas que sean potencialmente utilizadas
en mortero de cemento o concreto, salvo que estén presentes en los otros
agregados.
Tabla 5. Propiedades Físicas de los Agregados Empleados en las
Mezclas de Concreto
AGREGADO FINO A. GRUESO
PROPIEDADCENIZA
ARENA
DE RÍO
ARENA DE
PEÑA
GRAVA
COMÚN
Densidad (g/cm3) 2.31 2.62 2.63 2.59
Absorción de Agua (%) 22.85 2.80 0.99 4.35
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La densidad de la ceniza fue de 2.31 g/cm3. Esta densidad es baja en
comparación con los valores de los demás agregados finos; esta
característica se demuestra teniendo en cuenta el gran volumen de ceniza
requerida para reemplazar 10, 20, y 30% de arena tanto de peña como
de río, a pesar de que las cantidades reemplazadas no son muy altas en
términos de kilogramos.
La absorción de agua de la ceniza de biosólido es muy alta en
comparación con los demás agregados, en especial con la arena de peña,
cuya absorción es baja, pero su densidad es la mayor entre los cuatro
agregados empleados en la elaboración de las mezclas de concreto.
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7. DISEÑO DE MEZCLA
La mezcla inicial fue diseñada para alcanzar una resistencia de 3000 psi,
es decir, 20.68 MPa. Los componentes esenciales de dicha mezcla son
arena de río, arena de peña, grava corriente, cemento y agua. Las
cantidades de dichos componentes para 1 m3 y para 70 litros de mezcla
se muestran en la tabla 6.
Tabla 6. Componentes y Cantidades de Materiales en Mezcla de1 m3 y 70 Litros Resistencia 20.68 MPa
MATERIAL 1 m3 (PESO Kg) 70 L (PESO Kg)
Grava corriente 859 60.13
Arena de río 707 49.49
Arena de peña 224 15.68
Cemento Paz del Río 292 20.44
Agua 170 11.9
Fuente: Tremix Ltda. / Año 2001
La foto 15 presenta una muestra de los materiales que se emplearon para
realizar las mezclas en concreto. Se han tomado 70 litros teniendo en
cuenta la cantidad de ceniza obtenida del proceso de incineración. Las
camisas para llevar a cabo las pruebas de resistencia tienen unas
dimensiones de 6 por 12 pulgadas. Se elaboran en total 36 cilindros, 9
para la muestra de control, 9 para reemplazar 10% de arena por ceniza,
9 para reemplazar 20% y 9 para reemplazar 30% arena por ceniza de
biosólido, los cuales se fallan a 7, 14 y 28 días, 3 cilindros por cada
periodo.
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Foto 15. Muestra de Materiales Empleados en las Mezclas
7.1.1. DISEÑO DE MEZCLA CON REEMPLAZO DE 10, 20 y 30% DE
ARENA POR CENIZA DE BIOSÓLIDO
Teniendo en cuenta el diseño mostrado en la tabla 6, se efectuó el cálculo
para una mezcla de 70 litros, y partiendo de ella, se elaboraron los demás
diseños, sustituyendo 10, 20 y 30% de arena tanto de río como de peña
por ceniza de biosólido. Las proporciones de mezcla con reemplazo de
arena por ceniza de biosólido se ilustra en la tabla 7.
Tabla 7. Proporciones de Mezcla con Reemplazo de Arena por
Ceniza de Biosólido
% REEMPLAZO (Kg)MATERIAL
10 20 30
GRAVA 60.13 60.13 60.13
ARENA RÍO 44.54 39.59 34.64
ARENA PEÑA 14.11 12.54 10.98
CENIZA 6.52 13.03 19.55
CEMENTO 20.44 20.44 20.44
AGUA 11.90 11.90 11.90
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Los valores de agregado fino reemplazado están dados en porcentaje en
peso, según el diseño original mostrado en la tabla 6. La foto 16 muestra
un ejemplo de la mezcla una vez terminada y colocada dentro de los
cilindros de 6 x 12 pulgadas.
Foto 16. Mezcla Terminada con Reemplazo de 10% de Arena
7.2. PRUEBA DE ASENTAMIENTO
Este método de prueba se utilizó para determinar la consistencia del
concreto. No es un método exacto, pero proporciona resultados lo
suficientemente precisos. Esta prueba no es aplicable cuando hay una
cantidad de agregado mayor que 5.08 cm (2 pulgadas) en el concreto.
Para realizar esta prueba se debe tener un molde de metal galvanizado
calibre 16 con la forma de la superficie lateral de un cono, con una base
de 20.32 cm (8 pulgadas) de diámetro, la parte superior de 10.16 cm (4
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pulgadas) de diámetro y una altura de 30.48 cm (12 pulgadas). La base y
la parte superior abiertas y paralelas entre sí y en ángulo recto con
respecto al eje del cono. También es necesario disponer de una varilla
para apisonar de 1.59 cm (5/8 de pulgada) de diámetro y longitud de
60.96 cm (24 pulgadas).
Las muestras de concreto para las pruebas se tomaron de cada mezcla,
las cuales son representativas de la mezcla completa. Para contrarrestar
la segregación del concreto, se mezcló con una pala hasta que el concreto
presentara una apariencia uniforme.
La consistencia se registró en términos de pulgadas asentados durante la
prueba. Tales valores de asentamiento se ajustaron a 3 pulgadas
añadiendo cierta cantidad de agua, con el fin de lograr una misma
manejabilidad para las mezclas de concreto. La tabla 8 presenta la
cantidad de agua adicional y los resultados de las pruebas de
asentamiento.
Tabla 8. Resultados de la Prueba de Asentamiento de las Mezclas
de Concreto
MATERIAL CONTROL 10% 20% 30%
Cant. Asen. Cant. Asen. Cant. Asen. Cant. Asen.
Agua 11.90 ½ 11.90 0 11.90 0 11.90 0
Adicional 1 3 3.5 3 12.4 4 2 27.4 3
Porcentaje3 8.40 29.41 104.20 230.25
Cantidades en Kg. Asentamiento en pulgadas.
2 Inicialmente se añadió 9.2 Kg de agua y el asentamiento fue de ¼ de pulgada. Luego seañadió 3.2 Kg de agua y en este caso fue de 4 pulgadas. La mezcla se dejó reposardurante 30 minutos aproximadamente. Luego se volvió a realizar la prueba y elasentamiento se ajustó a 3 pulgadas.
3 El porcentaje está tomado a partir de la cantidad inicial de agua de la mezcla y sucantidad adicional. Se lee como un porcentaje de más con respecto a la cantidad inicial.
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8. CONCRETO ENDURECIDO
Todas las muestras de concreto fueron moldeadas en cilindros de 6 x 12
pulgadas bajo condiciones estándar de laboratorio por periodos de 7, 14
y 28 días antes de ser probados para resistencia a la compresión. Las
fotos 17 y 18 muestran la máquina donde se realizaron las pruebas de
resistencia a la compresión para las mezclas elaboradas.
Foto 17. Máquina para Efectuar Pruebas de Resistencia a laCompresión
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Foto 18. Máquina Para Efectuar Pruebas de Resistencia a la
Compresión
En esta máquina que se ilustra en las fotos 17 y 18, se puede apreciar
que el mecanismo consiste en comprimir los cilindros de concreto
mediante un sistema de empuje por aceite. Los datos son transmitidos
electrónicamente hacia el aparato receptor, que finalmente transforma
estas señales en valores numéricos de resistencia y carga máxima
ejercida, que por factores de conversión las unidades finalmente se llevan
a MPa.
La pérdida de agua, que causa la incompleta hidratación del cemento,
puede ser prevenida por el curado del concreto en vapor. Esto sugiere
que las propiedades de curado son importantes para los agregados, tanto
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arenas, gravas y en este caso, ceniza de biosólido, en el concreto. Los
detalles de los datos de resistencia a la compresión de las mezclas de
concreto están dadas en la Tabla 9.
Tabla 9. Propiedades del Concreto Endurecido
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN4
MPa (20.68)
DÍA 7 DÍA 14 DÍA 28CONCRETO
ENDURECIDO
Resist. % Resist. % Resist. %
Control 14.67 70.9 19.83 95.9 23.97 115.9
10% Ceniza* 10.03 48.8 14 67.7 17.67 85.4
20% Ceniza* 5.03 24.3 7.53 36.4 9.77 47.2
30% Ceniza* 3.73 18 4.93 23.8 5.63 27.2
*Porcentaje en peso de arena reemplazado por ceniza
La resistencia a la compresión es uno de los parámetros más importantes
del concreto. La resistencia promedio a la compresión de 28 días fue
23.97 MPa para la mezcla de control, 17.67 para la mezcla con reemplazo
de 10% de arena, 9.77 para la de 20% y 5.63 MPa para la
correspondiente al 30% de reemplazo.
El completo reemplazo de los agregados regulares con ceniza de biosólido
se esperó para que brindara una mejor resistencia a la compresión al
concreto resultante, basado en su resistencia a romperse del agregado.
Sin embargo la resistencia del concreto no se incrementó. La foto 19
muestra una muestra de cilindros probados a resistencia a la compresión.
4 Todos los valores mostrados son un promedio de los 3 cilindros probados pararesistencia a la compresión para cada día.
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Foto 19. Cilindros Probados a Resistencia a la Compresión
En realidad, la resistencia a la compresión del concreto mezclado con la
ceniza de biosólido fue baja, debido a los enlaces débiles del compuesto
agregado – cemento, y a la presencia de arcilla en la ceniza de biosólido,
proveniente de la ladrillera, lo que ayuda a la disminución de la
resistencia.
El decrecimiento de la resistencia a la compresión de 28 días también
pudo deberse a la cantidad adicional de agua que fue requerida para
ajustar el asentamiento a 3 pulgadas para todas las muestras,
aumentando la relación agua/cemento de las mezclas. La figura 4 ilustra
el desarrollo de la resistencia a la compresión de las muestras curadas en
vapor.
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
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Figura 4. Desarrollo Resistencia a la Compresión
23,97
14,67
19,83
17,67
10,03
14
9,77
5,037,53
5,633,73
4,93
0
5
10
15
20
25
30
0 7 14 21 28
DÍA
RE
SIS
TE
NC
IA A
LA
CO
MP
RE
SIÓ
N
(MP
a)
Control Reemplazo 10% Reemplazo 20% Reemplazo 30%
Tal como se puede apreciar en la figura 5, la mezcla control ofreció una
resistencia a la compresión superior a la que había sido diseñada después
de 28 días, pero a medida que se reemplaza arena por ceniza de
biosólido, la resistencia a la compresión se reduce proporcionalmente.
Esta reducción se puede apreciar en la tabla 10.
Tabla 10. Reducción en la Resistencia a la Compresión
CONTROL
(MPa)
10%
(MPa)
20%
(MPa)
30%
(MPa)
Resistencia
28 días23.97 17.64 9.77 5.63
% Reducción 26.28 44.71 42.37
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La tabla 11 muestra las relaciones agua/cemento de las mezclas
elaboradas.
Tabla 11. Relaciones Agua/Cemento de las Mezclas Elaboradas
ASENTAMIENTO
(pulg.)
AGUA
(Kg)
AGUA /
CEMENTO
Inicial Final Inicial Final
CEMENTO
(Kg)Inicial Final
0% ½ 3 11.90 12.90 20.44 0.58 0.63
10% 0 3 11.90 15.40 20.44 0.58 0.75
20% 0 3 11.90 24.30 20.44 0.58 1.19
30% 0 3 11.90 39.30 20.44 0.58 1.92
La relación agua/cemento inicial se ajusta a la empleada en diseños
normales, sin embargo, para las mezclas con reemplazo de 20 y 30% es
extremadamente alta. Esto es debido principalmente a la alta absorción
de agua presentada por la ceniza de biosólido, que en combinación con
grumos de arcilla, incrementan el requerimiento de agua inicial en las
mezclas.
También se observa que a medida que aumenta el reemplazo de arena
por ceniza de biosólido en las mezclas de concreto elaboradas, la cantidad
de agua requerida para ajustar el asentamiento a 3 pulgadas (7,62 cm)
incrementa proporcionalmente; sin embargo en las dos últimas mezclas
esta proporción es muy alta, ya que se tuvo que añadir casi 40 litros de
agua a una mezcla que estaba diseñada inicialmente para 70 litros en
total.
Para calcular el volumen adecuado de reemplazo de arena por ceniza de
biosólido según las mezclas de concreto elaboradas, se requiere relacionar
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el porcentaje de ceniza reemplazado y la resistencia que ofreció cada
mezcla con su diferente reemplazo, tal como se aprecia en la figura 5.
Figura 5. Volumen Adecuado de Reemplazo de Arena por Ceniza
de Biosólido
23,97
17,67
5,63
9,77
5
10
15
20
25
0 5 10 15 20 25 30 35
REEMPLAZO CENIZA (%)
RE
SIS
TE
NC
IA (
MP
a)
Según la figura 5 y teniendo en cuenta que el diseño de mezcla estaba
calculado para una resistencia de 20.68 MPa (línea roja), se extrapolan
los valores de respectivos de resistencia y porcentaje de reemplazo de
arena por ceniza. Esta operación indicó que se puede reemplazar con toda
seguridad un 5%, sin ocasionar pérdidas en resistencia o durabilidad del
concreto, y sin necesidad de agregar aditivos a la mezcla, lo que impide
que se eleven los costos.
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9. RELACIÓN DE COSTOS DEL PROYECTO
La relación de costos del proyecto se calculó a partir de cantidades de
materiales suministrados por la empresa Tremix Ltda., costos de
incineración y transporte de biosólido, costos de pruebas y alquileres de
materiales en el laboratorio de concretos ConcreLab y costos de
transporte, alimentación y materiales fungibles que se emplearon en el
transcurso del proyecto. La tabla 12 contiene el cálculo de la relación de
costos del proyecto.
Tabla 12. Relación de Costos del Proyecto
DESCRIPCIÓN CANTIDAD
COSTO
UNITARIO
($)*
COSTO
TOTAL
($)*
Materiales (Kg)
Grava Común 240,52 10,43 1.750
Arena de Río 168,25 10,31 600
Arena de Peña 54,21 10,26 2500
Cemento 84,76 340 27800
Subtotal 32.650
Ceniza de Biosólido
Incineración (Total Kg) 600 – 50.000
Recolección-Transporte – – 15.000
Subtotal 65.000
Laboratorio Concreto
Moldes (alquiler/día) 36 500 18.000
Cono (alquiler/día) 1 500 500
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Tabla 12. (Continuación)
DESCRIPCIÓN CANTIDAD
COSTO
UNITARIO
($)*
COSTO
TOTAL
($)*
Varilla (alquiler/día) 1 500 500
Granulometría 5 50.000 250.000
Masa Unitaria 5 24.300 121.500
Densidad 5 27.500 137.500
Absorción 5 12.000 60.000
Rotura Compresión 36 4.300 154.800
Laboratorista (día) 1 500.000 500.000
Subtotal 1`242.800
Otros Gastos
Transporte 480 700 336.000
Alimentación 240 2.500 600.000
Papel (Resma) 1 7.500 7.500
Disquetes 6 1.000 6.000
Compact Disc 1 3.000 3.000
Internet (hora) 96 3.000 288.000
Cartucho Tinta 1 60.000 60.000
Subtotal 1`300.500
Gran Total 2`640.950
* Precios para el año 2001
Según los datos obtenidos de la tabla 12, se pueden hacer los siguientes
comentarios.
1. El costo de incineración es bajo, teniendo en cuenta que la cantidad
incinerada fue de 600 Kg, debido a que se llevó a cabo en hornos
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de ladrillera, que por su proceso de incineración es más económico
que en los hornos convencionales (pisos múltiples y lecho
fluidificado).
2. Los costos ocasionados por los servicios del laboratorio de
concretos son altos debido a que se requiere de un técnico que
asesore las pruebas en cuanto a granulometría, masa unitaria,
densidad, absorción y que opere la máquina para pruebas a la
compresión. El ensayo de granulometría de los agregados es más
costoso que los demás debido a que para efectuar este ensayo se
requiere de mas procedimientos previos a la determinación como
tal.
3. En cuanto a los costos del proyecto como alimentación, transporte
y demás, son gastos que están indirectamente vinculados con el
proyecto y en la realidad no se tienen muy presentes, pero pueden
llegar a incrementar significativamente los costos del proyecto,
especialmente por transporte y alimentación.
9.1. COSTOS DE APROVECHAMIENTO PARA LA TOTALIDAD DE
BIOSÓLIDO GENERADO DIARIAMENTE EN LA PTAR EL
SALITRE
Teniendo en cuenta que en la planta de tratamiento se generan
diariamente 130 toneladas de biosólido y suponiendo que esta cantidad se
va a aprovechar en mezclas de concreto, se calculó el costo de la
utilización de dicha cantidad de biosólido en mezclas de concreto, tal
como se ilustra en la figura 6.
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
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Figura 6. Costos de Aprovechamiento del Total de Biosólido
Generado Diariamente en la PTAR El Salitre
Los cálculos efectuados están basados en el diseño de mezcla persentado
en el capítulo 7. Se necesitan 363 m3 de mezcla para aprovechar los
16.900 Kg de ceniza provenientes de la incineración de las 130 toneladas
diarias de biosólido, teniendo en cuenta que se reemplaza el 5% de arena
por ceniza. Los costos estimados no incluyen recolección ni transporte.
+
+
+
+
BIOSÓLIDO(130 Ton/día)
INCINERACIÓN
CEMENTO(105.996 Kg)
DISPOSICIÓNR. S. DOÑA
JUANA
CENIZA(16.900 Kg)
GRAVA COMUN(311.817 Kg)
ARENA RÍO(243.807 Kg)
ARENA PEÑA(77.246 Kg)
$ 3`250.700
$ 2`512.450
$ 792.700
$ 36`038.650
$ 1`408.350
$ 160`000.000/mes($ 5`333.350/día)
$ 42`594.500/día363 m3 concretoreemplazo 5%
arena.Resistencia20.68 MPa
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10. CONCLUSIONES
1. La ceniza como material inorgánico e inerte es el resultado esperado
en el proceso de incineración, en el cual se quema toda la materia
orgánica presente en la torta de biosólido. La incineración es un
proceso en el que se reducen significativamente tanto el volumen
como el peso de los biosólidos, (aproximadamente un 87% en peso),
destruye totalmente los organismos patógenos y fija o encapsula los
metales pesados que pueden presentar un potencial tóxico al medio
ambiente y a los seres vivos, cuando las concentraciones superan los
límites permisibles.
2. Debido a las concentraciones de metales pesados, que están por
debajo de los límites estándar de la EPA, los biosólidos de la planta
de tratamiento de aguas residuales El Salitre constituyen un material
no peligroso.
3. Es necesario reducir la emisión de olores por parte de los biosólidos,
aunque como ya se había mencionado anteriormente, son
inofensivos para los sentidos en bajas cantidades de biosólido.
4. La presencia de arcilla afecta adversamente la resistencia del
concreto, aunque la ceniza no es suelo arcilloso, la presencia de
alrededor del 40% del material deleznable en forma de grumos en
las cenizas pudo reducir la resistencia del concreto.
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5. La resistencia a la compresión promedio de 28 días, para la muestra
control (0% cenizas), fue de 23.97 MPa. La muestra con 10% de
cenizas presentó una reducción del 26.28% en resistencia
compresiva; sin embargo, cuando el contenido de cenizas se
incrementó de 10% a 30%, la reducción en resistencia a la
compresión fue mayor del 40%. La presencia de materiales más
finos que el tamiz # 200, (12.34% para la ceniza de biosólido),
desempeña un papel importante en la reducción de la resistencia.
6. La relación agua/cemento inicial se ajusta a la empleada en diseños
normales, sin embargo, para las mezclas con reemplazo de 20 y
30% es extremadamente alta. Esto se debe a que la ceniza es un
material altamente absorbente de agua, lo que contribuye a la
reducción considerable de la resistencia.
7. La resistencia a la compresión a los 28 días del concreto decreció así
como el porcentaje de cenizas de biosólido en la mezcla
incrementan. Sin embargo, el diseño de resistencia es aún
apropiada incluso hasta en un 5% (en peso) en el reemplazo por
ceniza. Bajo esta condición, aunque la resistencia del concreto es
baja, cuando se comparó con la mezcla de control, el concreto con
ceniza aún satisface los requerimientos de diseño.
8. Debido a las características de resistencia a la compresión y
absorción de agua, el concreto con reemplazo de arena por ceniza de
biosólido no se debe usar en estructuras que deban tener exigentes
especificaciones de resistencia y durabilidad; sin embargo se puede
emplear en rellenos fluidos, suelos mejorados y mezclas de bajas
especificaciones, como son solados, sardineles, cajas de inspección y
andenes.
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9. La rentabilidad del uso de las cenizas de biosólido como agregado
en mezclas de concreto, aún está en duda debido a la inexistencia de
plantas procesadoras de biosólido, en el sentido de que se
encarguen básicamente de la recolección, transporte e incineración
de los biosólidos, con el fin de comercializar sus cenizas
posteriormente.
10. El costo de aprovechamiento de las cenizas de biosólido en mezclas
de concreto es alto debido principalmente a que el costo del cemento
es elevado para los 363 m3 de mezcla que se requieren para emplear
16.900 Kg de ceniza diarios, teniendo en cuenta que se reemplaza
5% de arena por ceniza. Sin embargo, el costo de incineración es
bajo y el proceso aporta una solución en cuanto a reducción de
volumen, que implicaría también una disminución en los costos de
recolección y transporte, comparado con el costo de disposición
actual al relleno sanitario Doña Juana ($ 160`000.000 mensuales).
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11. RECOMENDACIONES
1. Para minimizar costos de incineración se recomienda efectuar este
proceso en hornos, ya sea de industrias ladrilleras o cementeras,
debido al tipo de combustible que requieren esta clase de hornos y
las temperaturas máximas que alcanzan, ya que en los hornos
convencionales, el combustible empleado generalmente es costoso,
su consumo es alto y la capacidad de estos es baja en comparación
con los de las ladrilleras y cementeras.
2. Para minimizar los olores producidos por la misma naturaleza del
biosólido, es aconsejable deshidratarlos, ya sea en lechos de secado,
por medio de filtros prensa, sistemas de deshidratación de biosólidos
como los presentados en este proyecto o en depósitos con
excelentes características de ventilación para evitar su
confinamiento. La utilización de diferentes tecnologías implica la
elevación/reducción en los costos.
3. Es necesario caracterizar químicamente las cenizas producidas
después del proceso de incineración, debido a que el contenido de
sustancias sulfurosas puede afectar la durabilidad del concreto. Por
esto también es recomendable realizar ensayos de abrasión,
durabilidad y densidad del concreto con reemplazo de arena por
ceniza de biosólido, que no se efectuaron en el presente proyecto.
4. El contenido de arcilla en las cenizas de biosólido se puede disminuir
segregando los materiales finales del proceso de incineración, con el
fin de minimizar la reducción en la resistencia a la compresión de las
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mezclas de concreto. También se puede minimizar la cantidad de
materiales más finos que el tamiz número 200, realizando
previamente al proceso de incineración, una limpieza de la cámara
en donde se lleva a cabo dicho procedimiento.
5. Es necesario utilizar aditivos para las mezclas con reemplazo de
arena por ceniza de biosólido, como lo son los plastificantes,
superplastificantes, incorporadores de aire o retardantes, que
reduzcan la cantidad de agua y no afecten su asentamiento, que
retarden el tiempo de fraguado del concreto, que economicen
cemento y que mejoren las resistencias mecánicas a todas las
edades. Con esto también se puede mantener intacta la relación
agua/cemento de las mezclas.
6. Respecto al objetivo del proyecto, el biosólido puede ser
aprovechado como agregado fino en mezclas de concreto, hasta en
un 5% de reemplazo, sin incurrir en deficiencias en cuanto a la
durabilidad y resistencia del concreto, sin necesidad de agregar
aditivos a la mezcla, con lo cual se puede minimizar costos de
fabricación.
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Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle67
12. BIBLIOGRAFÍA
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Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales ElSalitre como agregado fino en mezclas de concreto
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ANEXOS
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales El Salitre como agregado fino en mezclas de concreto
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Anexo 1. Consolidación Características de Biosólidos 31 – 08 – 2000 / 03 – 20 – 2001
Parámetro(mg/Kg desólido seco)
Muestrapuntualsemanal
(Agosto 31)
Muestrapuntualsemanal
(Septiembre21)
Muestracompuestaquincenal
(Septiembre7 – 21)
Muestrapuntualsemanal
(Septiembre26)
Muestracompuestaquincenal
(Octubre 4 –18)
Muestrapuntualsemanal(Octubre
17)
Límitesmáximos
permisiblesnorma EPA
503-13Arsénico 0.055 0.061 0.183 0.020 0.016 0.011 75Cadmio 4.05 3.54 3.47 7.20 2.74 5.28 85Cobre 120.02 101.0 108.6 123.8 116.2 114.4 4300Cromo 55.38 35.08 40.94 66.21 67.25 67.3 3000Mercurio 0.064 0.63 0.60 0.372 0.295 0.543 57Níquel 41.87 36.85 39.55 48.94 43.92 36.95 420Plomo 113.5 94.95 106.5 129.5 108.42 112.2 840Selenio 0.028 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 100Zinc 102.7 828 855 975.9 866.0 882.8 7500
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales El Salitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle71
Parámetro(mg/Kg desólido seco)
Muestrapuntualsemanal(Octubre
24)
Muestraquincenal
(Octubre 18-Noviembre 2)
Muestrasemanal
(Noviembre7)
Muestrasemanal
(Noviembre14)
Muestraquincenal
(Noviembre3 –17)
Muestrasemanal
(Noviembre21)
Límitesmáximos
permisiblesnorma EPA
503-13Arsénico <0.01 <0.01 <0.01 0.017 0.063 0.094 75Cadmio 1.53 4.08 1.87 4.11 5.33 2.95 85Cobre 143.4 132.5 127.4 127.4 136.9 123.7 4300Cromo 64.04 71.32 56.2 58.93 55.11 57.43 3000Mercurio 0.625 1.002 0.731 0.230 0.141 0.216 57Níquel 33.53 40.76 29.97 31.52 28.45 32.4 420Plomo 129.7 134.5 119.9 126.1 108.4 122.2 840Selenio 0.028 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 100Zinc 1190 1039 1068 1665 888.9 927.7 7500
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales El Salitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle72
Parámetro(mg/Kg desólido seco)
Muestrasemanal
(Noviembre28)
Muestraquincenal
(Noviembre18 –
Diciembre 2)
Muestrasemanal
(Diciembre5)
Muestrasemana
(Diciembre12)
Muestraquincenal
(Diciembre 3– 17)
Muestrasemana
(Diciembre19)
Límitesmáximos
permisiblesnorma EPA
503-13Arsénico 0.014 0.039 0.444 0.064 0.08 0.12 75Cadmio 2.04 2.05 2.17 3.51 3.41 5.02 85Cobre 124.4 129.4 130.1 127.9 121.7 130.4 4300Cromo 59.13 59.57 73.71 54.33 54.86 61.85 3000Mercurio 0.164 0.092 0.292 0.139 0.26 0.09 57Níquel 32.62 43.14 32.52 29.79 30.86 38.45 420Plomo 142.7 98.61 123.6 113.9 92.57 88.6 840Selenio 0.053 <0.01 <0.01 0.14 0.12 0.04 100Zinc 1040 945 975.5 963.9 891.5 969.6 7500
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales El Salitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle73
Parámetro(mg/Kg desólido seco)
Muestrasemanal
(Diciembre26)
Muestraquincenal
(Diciembre 19– Enero 9)
Muestrasemanal(Enero 2)
Muestrasemanal(Enero 9)
Muestrasemanal
(Enero 16)
Muestraquincenal(Enero 2 –
16)
Límitesmáximos
permisiblesnorma EPA
503-13Arsénico 0.06 0.05 0.01 0.02 0.01 0.01 75Cadmio 4 3.79 5.53 6.37 5.99 5.62 85Cobre 136.0 121.3 142.4 135.1 138.9 140.4 4300Cromo 57.99 60.64 60.83 58.61 61.09 65.98 3000Mercurio 0.8 0.1 0.08 0.09 0.05 0.05 57Níquel 33.99 39.8 31.80 26.76 29.95 26.67 420Plomo 89.98 90.97 107.8 100.7 97.02 106.7 840Selenio 0.11 0.11 <0.01 0.01 0.01 0.01 100Zinc 1020 985.5 1113 1077 1006 1012 7500
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales El Salitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle74
Parámetro(mg/Kg desólido seco)
Muestrasemanal
(Enero 23)
Muestrasemanal
(Enero 30)
Muestraquincenal
(Enero 17 –31)
Muestrasemanal
(Febrero 6)
Muestrasemanal
(Febrero 13)
Muestraquincenal
(Febrero 1 –15)
Límitesmáximos
permisiblesnorma EPA
503-13Arsénico 0.02 0.01 0.02 0.02 0.02 0.03 75Cadmio 6.77 6.4 7.42 5.28 4.90 3.80 85Cobre 140.8 138.2 143.4 151.3 150.7 150.9 4300Cromo 62.26 60.16 64.3 70.3 74.72 68.46 3000Mercurio 0.96 0.08 0.09 0.05 0.08 0.06 57Níquel 27.07 28.16 30.91 28.14 30.62 27.89 420Plomo 105.6 107.5 117.5 123.1 109.0 126.8 840Selenio 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 100Zinc 1063 1033 1065 1090 1161 1133 7500
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales El Salitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle75
Parámetro(mg/Kg desólido seco)
Muestrasemanal(Febrero
20)
Muestrasemanal
(Febrero 27)
Muestraquincenal(Febrero
16 – Marzo2)
Muestrasemanal(Marzo 6)
Muestrasemanal
(Marzo 13)
Muestraquincenal(Marzo 3 –
17)
Límitesmáximos
permisiblesnorma EPA
503-13Arsénico 0.03 0.01 0.02 0.04 0.03 0.01 75Cadmio 5.09 5.16 5.82 5.10 5.13 4.92 85Cobre 152.6 157.5 151.2 159.1 167.8 159.8 4300Cromo 72.49 76.16 67.47 66.31 67.91 65.16 3000Mercurio 0.11 0.09 0.06 0.08 0.05 0.04 57Níquel 31.79 29.69 29.08 26.52 28.19 27.05 420Plomo 119.5 129.1 114 102 111.5 97.13 840Selenio 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 <0.01 100Zinc 1160 1172 1164 1180 1189 1136 7500
Aprovechamiento de los biosólidos generados en la Planta de Tratamiento de Aguas Residuales El Salitre como agregado fino en mezclas de concreto
Alberto José Barrios von Halle Universidad de La Salle76
Parámetro(mg/Kg desólido seco)
Muestrasemanal
(Marzo 20)
Límitesmáximos
permisiblesnorma EPA
503-13Arsénico 0.03 75Cadmio 4.02 85Cobre 151.8 4300Cromo 61.67 3000Mercurio 0.05 57Níquel 28.15 420Plomo 104.6 840Selenio 0.01 100Zinc 208.8 7500Fuente: BAS, Informe Mensual de Gestión de Biosólidos, Agosto 2000 – Marzo 2001