Plantas depuradoras como sistema completo

Fiabilidad en el proceso de espesamiento de lodos

Las plantas de tratamiento utilizan diferentes procesos de depuración de las aguas residuales en función de su tamaño. Las plantas más pequeñas, para un máximo de 30 000 habitantes, suelen construirse como plantas de estimulación con estabilización aeróbica de lodos. Las plantas más grandes (>30 000 habitantes), por el contrario, suelen emplear la estabilización anaeróbica de lodos. Durante este proceso, el lodo activado producido durante la purificación biológica se extrae del depósito de postclarificación y se devuelve al depósito de estimulación. Sin embargo, una parte de esta corriente debe extraerse como exceso de lodo y alimentarse a la instalación de digestión de lodos para la estabilización de lodos anaeróbicos junto con el lodo primario resultante de la preclarificación.

El gran volumen que representa este exceso de lodos supone un considerable problema. El lodo se extrae del tanque de postclarificación con una dilución muy alta de solo unos 5-10 g/litro y, por lo tanto, debe espesarse a unos 50-85 g/litro para alcanzar la concentración óptima para la instalación de digestión de lodos. El volumen se reduce en aproximadamente un 80-90 %. Existen varios métodos para lograrlo, incluido el espesamiento estático o el straining (colado), aunque cada método tiene sus desventajas específicas. Un método excelente, y con una amplia gama de ventajas, es el espesamiento con decanter.

Aunque es técnicamente difícil trabajar con una instalación de digestión de lodos, es crucial para el proceso general y los costes de explotación resultantes de la planta depuradora. Esto se debe a que un proceso de digestión óptimo aumenta el rendimiento del gas y, por lo tanto, reduce los costes energéticos. Al mismo tiempo, los lodos bien digeridos se pueden deshidratar muy bien, lo que también reduce los costes de eliminación. Una carga optimizada de la instalación de digestión de lodos tiene un efecto muy positivo en el control del proceso general. La carga debe ser lo más uniforme y constante posible. Una forma de lograrlo es con la centrífuga OSE de Flottweg con control de espesamiento de lodos.

El proceso de espesamiento y los factores influyentes

Si observamos el proceso general, hay algunos puntos y factores influyentes importantes que deben tenerse en cuenta:

• Las condiciones de alimentación de la planta depuradora influyen en la concentración y el volumen del exceso de lodos. La lluvia intensa puede desempeñar un papel clave.
• El lodo debe extraerse del depósito de postclarificación de forma optimizada para el proceso, es decir: poco después de la producción del lodo.
• La instalación de digestión de lodos prefiere una alimentación sólida con una velocidad y concentración constantes.
• La eficiencia de separación del proceso de espesamiento debe ser lo más alta posible para mantener la carga de retorno lo más baja posible; se requiere un mínimo del 95 %. Un 98 % o más sería aún mejor.
• Dado que los floculantes poliméricos pueden interferir con el proceso de digestión, sus cantidades deben mantenerse lo más bajas posible. 
• Cuanto más polímero haya en el lodo, mayor será la viscosidad y peor será la mezcla en la instalación de digestión de lodos. El resultado es una disminución del rendimiento del gas.

 

El desafío:

El sistema de espesamiento funciona principalmente de forma autónoma, y no requiere mucha atención por parte del personal operativo. No obstante, se debe garantizar la estabilidad y la fiabilidad del proceso.  Al mismo tiempo, tanto los costes de inversión como los costes de explotación deben mantenerse dentro de unos límites razonables. El sistema de espesamiento se puede adaptar fácilmente a los cambios en el proceso general o a situaciones de funcionamiento especiales.

El espesamiento del exceso de lodo con un decanter modifica la estructura (viscosidad) del lodo. El lodo espesado (thickened sludge, TS) tiene una estructura cremosa que permite un bombeo sencillo incluso con concentraciones más altas de TS. Estas propiedades de los lodos también tienen un efecto positivo en la instalación de digestión de lodos debido a la baja formación de espuma y a facilidad con la que salen las burbujas de gas. Por el contrario, el lodo espesado producido por un espesador de banda tiene una estructura muy desconchada. Este lodo es mucho más propenso a la formación de espuma en la instalación de digestión de lodos.

 

Al espesarse en el decanter, las partículas sólidas se separan del líquido mediante el campo gravitacional artificial creado en el decanter, que es varias veces más fuerte que el de la Tierra. Los floculantes poliméricos (polymeric flocculants, PF) se añaden en cantidades muy pequeñas solo para suavizar la fase líquida.

 

Teniendo en cuenta estos factores influyentes, la centrífuga OSE de Flottweg se ha diseñado para hacer frente a los retos de este paso del proceso y se ha mejorado continuamente a lo largo de los años. Además, su completa tecnología de control y regulación le permite funcionar de forma independiente, incluso sin supervisión por parte del personal operativo. La amplia protección contra desgaste del decanter garantiza una vida útil de mucho más de 100 000 horas de servicio, y la máquina está diseñada para funcionar permanentemente. El consumo energético específico es de aprox. 0,10 - 0,3 kWh/m³, dependiendo de las propiedades de los lodos. La geometría del tambor y el tornillo sinfín producen unos resultados de separación únicos.

La centrífuga OSE es un sistema cerrado que garantiza que los aerosoles contaminados biológicamente no se liberen al medio ambiente. El diseño silencioso y la baja velocidad del rotor garantizan unas emisiones de ruido bajas.

Adición y control de polímeros

La cantidad de PF necesaria depende de la carga de sólidos; en otras palabras, los PF deben regularse en función de la carga para garantizar una dosificación óptima. Para ello, se instala una sonda en la alimentación de lodos finos para medir la concentración de sólidos. La carga se calcula en función de la alimentación hidráulica y la concentración, y la dosificación de PF se regula en consecuencia. Una dosis común de PF es de aproximadamente 0,5-2 kg de FP/t de TS. El operario establece el valor exacto en el panel de mando y, a continuación, el sistema de control lo regula automáticamente.

No es necesaria una floculación completa cuando se utiliza el decanter, ya que el PF solo se utiliza para suavizar el líquido centrifugado con el fin de mejorar el grado de separación, no para la separación propiamente dicha. Por lo general es suficiente y recomendable utilizar un producto en polvo económico. Un dato clave: además de los polímeros sintéticos convencionales, también puede utilizar polímeros biodegradables a base de quitina o almidón. Y, si las propiedades de los lodos son buenas, en algunos casos puede prescindir completamente de los PF con la centrífuga OSE.

Control de los lodos espesados

Un cambio en las condiciones de alimentación también afecta a la descarga de lodos de espesamiento. No obstante, es importante que la instalación de digestión de lodos reciba una alimentación constante de sólidos, así como una cantidad de líquido hidráulico constante. Para garantizar estos dos parámetros, la centrífuga OSE está equipada con un sistema de control adicional para regular el espesamiento de los lodos. Este sistema mide con una sonda la concentración del lodo de espesamiento. Mediante un algoritmo en el programa del PLC, el accionamiento Simp Drive^® mantiene constante la concentración del lodo de espesamiento. El operador solo tiene que seleccionar el valor deseado en el panel de mando, por ejemplo, 6 % TS, y el controlador se encarga del resto.

Vigile la eficiencia de separación en todo momento

Cuanto mayor sea la eficiencia de separación y más limpio el líquido centrifugado, menor será la carga de retorno para la depuradora. La centrífuga OSE puede lograr eficiencias de separación constantes >95 %, a menudo incluso >98 %. Un sensor monitoriza la calidad del líquido centrifugado para que los operarios puedan hacer un seguimiento continuo de la eficiencia de la separación. Esto le permitirá reaccionar inmediatamente en caso de desviaciones, por ejemplo, ajustando la cantidad de polímero.

Espacio requerido y funcionamiento de la centrífuga OSE

Este sistema de espesamiento es muy compacto. El rendimiento de caudal específico por espacio cerrado suele ser mucho mayor que con otros sistemas, especialmente con sistemas más grandes. Esto permite su instalación en edificios existentes, ahorrando costes de construcción. Los sistemas de contenedores también se pueden introducir fácilmente.

 

Además de las cantidades de lodo fino, lodo espesado y fluido centrifugado, el sistema monitoriza parámetros importantes de la máquina como la velocidad, las vibraciones, la temperatura de almacenamiento, el consumo energético y las presiones en las tuberías. De este modo, el operario puede controlar en todo momento todos los parámetros relevantes. El sistema de espesamiento se puede manejar y monitorizar desde el panel de mando o desde la estación de control de procesos. Aparte de las inspecciones ocasionales, no es necesaria ninguna intervención in situ.

Fácil de mantener y personalizar

La centrífuga OSE de Flottweg está diseñada para ser muy fácil de mantener. Todos los conjuntos y componentes importantes son fácilmente accesibles. Los costes de mantenimiento se mantienen al mínimo gracias a una amplia protección contra el desgaste de alta calidad junto con unos aceros inoxidables resistentes a la corrosión (V4A y dúplex). Los rodamientos son robustos y duraderos. Todas las piezas de desgaste se pueden sustituir in situ, por lo que no son de esperar largos tiempos de inactividad durante la vida útil del decanter.

Tampoco se necesitan herramientas especiales.

Además, los especialistas de servicio de Flottweg pueden acceder al sistema de control (tras la aprobación del personal operativo) y, por lo tanto, proporcionar asistencia para el funcionamiento o el mantenimiento a distancia.

 

Además de tener un mantenimiento fácil, el sistema se adapta muy bien a los requisitos cambiantes. Si, por ejemplo, aparecen bacterias filamentosas (microthrix) en la planta de depuradora y degradan el índice volumétrico de los lodos, incluso este lodo hinchado resultante se puede procesar bien, a pesar de tener un SVI (índice volumétrico de fangos) de hasta 300 ml/g. Como máximo, puede esperar que se produzca un aumento de los requisitos de polímeros y/o un caudal algo menor. El sistema también es adecuado para el espesamiento de lodos primarios o lodos mezclados, para lo que solamente deberá optimizar los ajustes de la máquina. Y si en el futuro se instalan procesos adicionales como la hidrólisis térmica, las centrífugas OSE se podrán adaptar fácilmente.

 

La carga constante de la instalación de digestión de lodos ahorra costes de calefacción y mejora el proceso de digestión, lo que aumenta el rendimiento del gas y, en última instancia, mejora el balance energético de la planta depuradora. El funcionamiento durante las 24 horas reduce los costes de inversión y mejora al mismo tiempo la gestión del proceso de postclarificación.

Ejemplo de decanter en uso

La experiencia de los clientes ha demostrado que el uso del decanter para el espesamiento ha mejorado tanto el grado de digestión como el resultado de la deshidratación. Además, la integración totalmente automática del decanter de espesamiento en la gestión del proceso ha mejorado significativamente las condiciones biológicas: El resultado es un menor consumo de oxígeno, una menor carga de retorno gracias al líquido centrifugado limpio y un índice de lodos permanentemente bajo (90 - 110). El uso del decanter también mejora los valores de escorrentía para el NH₄ -N. Por último, hay un impacto positivo en la deshumidificación, reduciendo el consumo energético del decanter de deshidratación en aproximadamente un -14 %, de 2,47 a 2,12 kWh/m³.

Este ejemplo y los parámetros asociados muestran cómo la centrífuga OSE puede influir positivamente en el proceso de espesamiento de lodos.

Autor: Klaus Peisl, director de Aguas residuales y aplicaciones de agua, y Alexandra Schlierf, ingeniera de ventas de Aguas residuales y aplicaciones de agua.