O sistema da centrífuga reduz a mão de obra e aumenta a qualidade do lodo

Para uma grande instalação de tratamento de águas residuais que atende a cinco grandes instalações químicas na Virgínia Ocidental, o lodo pode variar diariamente. Isso cria desafios difíceis na criação de um lodo consistente. Depois de usar prensas de câmara durante décadas, a estação de tratamento de águas residuais da Solvay mudou para um sistema de centrífuga Flottweg que reduziu o tempo de produção de 24 horas por dia, 7 dias por semana, para apenas um turno de 12 horas por dia. O sistema também melhorou a qualidade do lodo, reduziu custos, reduziu a massa de aterros e forneceu à empresa um equipamento eficaz, automatizado e fácil de usar, além de uma economia anual de aproximadamente US$ 214.000.

O desafio

As águas residuais produzidas por instalações químicas contêm muito poucas fibras, por isso a desidratação do lodo é difícil.

"Temos muitos lotes diferentes aqui, que mudam dia a dia e mês a mês", disse Brian Smith, superintendente de manutenção e tratamento de águas residuais. "Por isso, é difícil manter uma biomassa saudável. A biomassa está em constante mudança. Vemos muitos grupos diferentes de alimentos. O alimento oscila muito rapidamente, o que dificulta muito o desenvolvimento de um lodo consistente. Quando vamos iniciar a centrífuga todas as manhãs, simplesmente não sabemos o que teremos. É diferente todos os dias."

Este é um desafio comum para as estações de tratamento quando há lotes de várias fontes e muito pouca ou nenhuma equalização. A descarga da fábrica atinge a estação de tratamento em até uma hora, e Smith conta que sua instalação não tem grandes tanques de equalização.

Para produzir um lodo consistente é necessário ter resíduos consistentes. "Se todos fornecessem resíduos consistentes, as bactérias se aclimatariam", diz Smith. "Seria possível cultivar bactérias saudáveis. Mas quando você muda constantemente o pH e a alimentação química, algumas bactérias morrem e outras bactérias aumentam em população. Esse tipo de lodo é extremamente difícil de desidratar."

A Solvay anteriormente usava duas prensas de câmara, mas nem sempre podia lidar com a capacidade. Smith foi forçado a alugar uma prensa de câmara adicional por seis meses do ano, operando 24 horas por dia, sete dias por semana. Isso também criou a necessidade de um operador adicional.

"Isso gerou um enorme estresse em nossa mão de obra", afirmou Smith. "Tínhamos operadores que se concentravam unicamente nas prensas. Como nosso lodo é tão difícil, para cada tonelada de lodo que produzimos tivemos que adicionar uma tonelada de cinza volante. Isso aumentou a quantidade de toneladas que precisávamos enviar para o aterro sanitário. Era um material muito seco. Poderíamos chegar perto de 50% de sólidos, mas se considerar que está adicionando uma enorme quantidade de cinzas volantes, isso representa uma grande parte dos sólidos."

As prensas de câmara foram instaladas no final dos anos 1980. Durante este período, a empresa usou um incinerador de resíduos perigosos. Durante os anos 1990, a estação fechou o incinerador e fez muitas alterações nos processos de fabricação. 

"Não podíamos desidratar rápido o suficiente, por isso, basicamente paramos de desperdiçar. Isso fazia com que todo o lodo se acumulasse na estação de tratamento de águas residuais, causando problemas", afirmou Smith. "A cada seis meses, mais ou menos, éramos forçados a alugar uma prensa para nos ajudar a reduzir os níveis de lodo. Isso criou um ciclo extra na estação de tratamento de águas residuais. Assim, não apenas nossa alimentação estava oscilando, mas estávamos também circulando a quantidade de biomassa na estação de tratamento de águas residuais. Não tínhamos nenhuma estabilidade."

Quando o nível de sólidos aumenta em uma estação de tratamento de águas residuais, os custos também aumentam. Smith contou que sua instalação adicionava polímero para fazer o lodo assentar no clarificador secundário. Para evitar que os sólidos chegassem ao rio, eles usavam mais polímero para o espessamento, o que era caro.

A solução

Smith e sua equipe começaram a pesquisar tecnologias diferentes, incluindo filtros de tela rotativa, mas o produto dessas máquinas não era aceitável. A empresa então alugou um sistema de centrífugas, mas o fabricante não conseguiu fornecer um serviço eficaz quando o equipamento quebrou. Smith estava de volta à estaca zero.

No inverno de 2017, Smith entrou em contato com a Flottweg Separation Technology buscando um contrato de locação para equipamentos de centrífugas com um contrato de serviço dentro do programa piloto.

"A unidade piloto era fornecida originalmente com uma rosca transportadora sólida, que foi trocada por uma rosca transportadora aberta", afirmou Smith. "Pudemos ver uma grande melhoria. A unidade piloto nos dava sólidos de 19% a 20%. Ela era fácil de operar. Bastava pressionar o botão e ela começava a produção imediatamente. Começamos a executar a rosca transportadora aberta de abril até agosto, e foi uma mudança significativa. O produto era lodoso e era muito mais fácil manter o centrado limpo. O produto tinha pelo menos 21% de sólidos. Estes 1% ou 2% faziam uma grande diferença física na aparência e no comportamento do lodo. A água livre era removida e o produto não parecia nada molhado."

Desde o início, a Flottweg trabalhou com a Solvay em um arrendamento de longo prazo e conseguiu instalar o novo design da rosca transportadora assim que ele ficou disponível.

"Agora, isso não é mais uma questão", diz Smith. "Nunca mais tivemos problemas após a instalação. A instalação da rosca transportadora demorou menos de 8 horas. Ela simplesmente foi instalada na mesma carcaça do rolamento. Os sólidos melhoraram em cerca de 1% a 1,5%. Os operadores não têm nenhum problema. Como nosso lodo é tão diferente, nós usamos como base a quantidade de polímero utilizada e executamos a maior taxa de alimentação possível até o centrado ficar sujo. Então, recuamos um pouco."

Durante o dia, Smith conta que começa a execução a cerca de 50 galões por minuto (gpm), e à medida que o espessante puxa o lodo para baixo, refinando o lodo no processo, ele aumenta mais 10 gpm. 

"Definimos nosso desperdício de lodo a 35 galões por minuto, por exemplo. Ele funciona o dia todo, alimenta o espessante e o espessante desidrata", diz Smith. "Então, quando os caras chegam pela manhã, eles podem ter 10 pés de material no espessante. Eles iniciam a centrífuga e a deixam funcionar de 8 a 12 horas. Em seguida, eles a desligam para a noite. Na manhã seguinte, há mais 6, 8 ou 10 pés. Não é incomum fazer alterações ao operar com o espessante em lote. Ao começar pela manhã, pode haver 3% de sólidos. E pouco antes de encerrar, os sólidos podem ser de 1% a 1,5%."

A centrífuga decantadora Flottweg é instalada em um contêiner

Como funciona

Dependendo do tamanho da estação de tratamento de águas residuais, diversos processos podem ser usados. Embora a Solvay use apenas centrífugas para desidratação, o espessamento também é possível com centrífugas decantadoras.

Todas as estações de tratamento de águas residuais têm algum tipo de processo de espessamento. Isso significa concentrar a lama excedente produzida nos estágios biológicos de 5 a 10 g/L de sólidos secos totais para 5% a 8%, antes que ela seja bombeada para a torre de digestão. O volume da lama é reduzido de 90% a 95% nesse processo. A Solvay atualmente usa clarificadores de sedimentação, mas também poderia usar uma centrífuga para realizar esta etapa, que é seguida de um processo de desidratação.

Não importa se os sólidos são transportados após a desidratação, reutilizados como fertilizantes, descartados em aterros ou incinerados, o fator mais crítico é a secagem. Os outros fatores-chave são a eficiência de custos em termos de consumo de polímeros, energia, peças de reposição de água, bem como a operação contínua e automática com custos mínimos.

Uma centrífuga decantadora pode ser vista como um tanque de sedimentação enrolado em torno de um eixo. No tanque de sedimentação, as partículas sólidas, que são mais pesadas que o líquido, se depositam no fundo devido à gravidade e acumulam uma camada de sedimento no fundo do tanque. No tambor rotativo da centrífuga, as partículas sólidas, que são mais pesadas do que o líquido, se movem para o diâmetro interno do tambor, graças à força centrífuga, e acumulam uma camada de sedimento anular na superfície interna do tambor da centrífuga. Uma vez que a força centrífuga no decantador é de aproximadamente 3.000 x g em vez de 1 x g no tanque de sedimentação, o processo de separação de partículas sólidas de um líquido em uma centrífuga torna-se mais rápido e mais eficiente.

A carcaça do tambor de uma centrífuga decantadora tem um formato cilíndrico e cônico. O tambor gira a alta velocidade, criando a força centrífuga necessária para a separação. Dentro do tambor, existe uma rosca transportadora para a descarga contínua do sedimento, que é acumulado na superfície interna da parede do tambor. A rosca transportadora gira a uma velocidade relativa à velocidade do tambor. Esta velocidade diferencial é criada por uma caixa de engrenagens rotativa na extremidade de acionamento do tambor. O lodo a ser separado entra no tambor por meio de um tubo de alimentação estacionário. A partir do tubo de alimentação, ele entra na zona de separação no corpo da rosca transportadora. Na zona de separação, ele se separa em uma camada de sedimento e uma camada líquida. O sedimento é raspado da parede do tambor através da rosca transportadora e distribuído para fora do tanque na extremidade cônica da máquina antes de sair através das portas de descarga na extremidade cônica do tambor. O líquido separado flui para a extremidade cilíndrica do tambor, onde é descarregado por gravidade por meio de uma barreira de transbordamento.

Essas características críticas de design têm sido consideradas desde o início dos anos 70. Hoje, o resultado desse desenvolvimento contínuo é o portfólio completo de decantadores Flottweg HTS para desidratação de lodo, que inclui equipamentos para manusear capacidades de 40 a 800 gpm.

O sistema de centrífuga permitiu que a estação de tratamento de águas residuais da Solvay reduzisse a quantidade de material de aterro

Os resultados

O sistema de centrífuga permitiu que a estação de tratamento de águas residuais da Solvay reduzisse as horas de trabalho usadas com o equipamento de desidratação, o tempo de operação e toneladas de material aterro, aumentando a consistência do lodo e reduzindo o consumo de energia.

"Atualmente, nossa unidade é alugada, mas esperamos poder comprá-la um dia", afirmou Smith. "Eu brinco com o pessoal, dizendo que é alugada, mas eles me matariam se eu a tirasse deles. Eles não deixariam a unidade sair pelo portão. Acho que eles nunca mais voltariam a usar a tecnologia antiga depois de usar a centrífuga da Flottweg. Esta tecnologia é comprovada há pelo menos 15 anos, e estamos muito contentes por termos a encontrado."

O sistema permitiu à Solvay reduzir o tempo de operação de 24 horas por dia, 7 dias por semana, com operadores dedicados em tempo integral, para apenas um turno de 12 horas por dia. As prensas de câmara exigiam muito trabalho físico, ou seja, raspar e mover as placas, diz Smith. Isso causava lesões nos ombros e tensão no corpo. O sistema da centrífuga reduziu a necessidade de mão de obra adicional e também reduziu o risco de lesões para os operadores.

"Foi bom se livrar das horas extras", ele conta. "Nós redirecionamos as horas extras para outras partes da estação de tratamento de águas residuais, melhorando nossas operações e a qualidade de efluentes. Tem sido tudo muito simples, desde que começamos. A Solvay em Willow Island é um lugar para o crescimento. Queremos expandir. Antes, nossa preocupação era o fato de que a estação de tratamento de águas residuais não conseguia lidar com uma carga adicional. Agora, isso não é um problema. A centrífuga e o fato de termos o controle da estação de tratamento de águas residuais só confirmam que esta unidade está aberta para crescimento."

A fábrica não precisa mais adicionar cinzas volantes à centrífuga, o que reduz o custo de cinzas volantes, custos de transporte e taxas de tombamento. No total, a fábrica conseguiu ver um retorno sobre o investimento em poucos meses. Após o primeiro ano de operação, o sistema provou seu valor economizando mais de US$ 214.000 anualmente na Solvay. Esse número inclui custos de cinzas, transporte de cinzas, transporte de aterros, descarte, polímero, aluguel, locação de mão de obra, caixas de transporte, um caminhão de transporte, revestimento plástico, manutenção e despesas elétricas.

"O principal benefício é que eu tenho o controle da estação de tratamento de águas residuais", afirmou Smith. "Não permitimos que esses sólidos fiquem realmente altos. Nós os definimos onde precisam estar. Meus custos com polímeros do lado das águas residuais realmente caíram. Nosso operador só precisa iniciar a centrífuga pela manhã e mover a caçamba basculante com apenas alguns pequenos ajustes."

Sobre o autor

Daniel Lakovic

Daniel Lakovic é gerente de desenvolvimento de negócios da Flottweg Separation Technology.