Las depuradoras como sistema completo

Fiabilidad en el proceso de espesamiento de lodos

Las depuradoras utilizan distintos procesos de tratamiento de aguas residuales en función de su tamaño. Las plantas más pequeñas, de hasta 30.000 habitantes, suelen construirse como plantas de aireación con estabilización aeróbica de lodos. En cambio, las plantas de mayor tamaño (>30.000 habitantes) suelen emplear la estabilización anaeróbica de fangos. Durante este proceso, los lodos activados producidos durante la depuración biológica se retiran del tanque de sedimentación secundario y se devuelven al tanque de aireación. Sin embargo, una parte de esta corriente debe retirarse como lodo sobrante y alimentarse junto con el lodo primario procedente de la etapa de preclarificación al digestor para la estabilización anaerobia de los lodos.

El gran volumen de estos lodos sobrantes supone un reto considerable. El lodo se extrae del tanque de sedimentación secundario con una dilución muy alta de sólo unos 5-10 g/litro, por lo que debe espesarse hasta unos 50-85 g/litro para alcanzar la concentración óptima para el digestor. El volumen se reduce en un 80-90%. Existen varios métodos para conseguirlo, como el espesado estático o el colado, pero cada uno tiene sus desventajas específicas. Un método excelente -y con un amplio abanico de ventajas- es el espesado con decantadores.

Aunque el funcionamiento de un digestor supone un reto técnico, es crucial para el proceso global y los consiguientes costes de explotación de la depuradora. Esto se debe a que un proceso de digestión óptimo aumenta el rendimiento de gas y, por tanto, reduce los costes energéticos. Al mismo tiempo, los lodos bien digeridos pueden deshidratarse muy bien, lo que también reduce los costes de eliminación. La carga optimizada del digestor tiene un efecto muy positivo en el control del proceso global. La carga debe ser lo más uniforme y constante posible. Una forma de lograrlo es con el decantador Flottweg OSE con control de lodos espesados.

El proceso de espesamiento y los factores de influencia

Considerando el proceso global, hay algunos puntos importantes y factores de influencia a tener en cuenta:

- Las condiciones de alimentación a la depuradora influyen en la concentración y el volumen del lodo sobrante. Las lluvias torrenciales pueden desempeñar un papel clave en este sentido.

- Los lodos deben extraerse del tanque de sedimentación secundario de forma que se optimice el proceso, es decir, poco después de que se haya producido el lodo.

- El digestor prefiere una alimentación sólida con una velocidad y una concentración constantes.

- La eficacia de separación del proceso de espesamiento debe ser lo más alta posible para mantener la carga de retorno lo más baja posible; se requiere al menos un 95%. un 98% o más es incluso mejor.

- Dado que los floculantes poliméricos pueden interferir en el proceso de digestión, sus cantidades deben mantenerse lo más bajas posible.

- Cuanto más polímero haya en los lodos, mayor será la viscosidad y peor la mezcla en el digestor. El resultado es una disminución del rendimiento de gas.

El reto:

El sistema de espesamiento funciona en su mayor parte de forma autónoma, sin mucha atención por parte del personal de explotación. Pero hay que garantizar la estabilidad y fiabilidad del proceso. Al mismo tiempo, tanto los costes de inversión como los de explotación deben mantenerse dentro de unos límites razonables. El sistema de espesamiento puede adaptarse fácilmente a los cambios en el proceso global o a situaciones operativas especiales.

El espesamiento de los lodos sobrantes con un decantador modifica la estructura (viscosidad) de los lodos. El lodo espesado (TS) tiene una estructura cremosa que permite bombearlo fácilmente incluso con concentraciones de TS más elevadas. Estas propiedades de los lodos también tienen un efecto positivo en el digestor, debido a la escasa formación de espuma y a la mayor facilidad de escape de las burbujas de gas. Por el contrario, el lodo espesado producido por un espesador de cinta tiene una estructura muy escamosa. Estos lodos son mucho más propensos a la formación de espuma en el digestor.

Con el espesamiento por decantador, las partículas sólidas se separan del líquido gracias al campo gravitatorio artificial creado en el decantador, que es varias veces más fuerte que el campo gravitatorio terrestre. Los floculantes poliméricos (FP) se añaden en cantidades muy pequeñas sólo para suavizar la fase líquida.

Tomando en cuenta estos factores de influencia, el decantador OSE de Flottweg fue diseñado para enfrentar los desafíos de esta etapa del proceso y ha sido continuamente mejorado a lo largo de los años. Además, su amplia tecnología de control y regulación le permite funcionar de forma autónoma incluso sin supervisión por parte del personal de operación. La amplia protección contra el desgaste del decantador garantiza una vida útil de más de 100.000 horas de funcionamiento, y la máquina está diseñada para funcionar las 24 horas del día, los 7 días de la semana. El consumo específico de energía es de aproximadamente 0,10 - 0,3 kWh/m³, dependiendo de las propiedades del lodo. La geometría de la cuba y la espiral produce unos resultados de separación únicos.

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

Adición y control del polímero

La cantidad de PF necesaria depende de la carga de sólidos; en otras palabras, el PF debe regularse en función de la carga para garantizar una dosificación óptima. Para ello, se instala una sonda en la alimentación de lodo fino 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 unos 0,5 - 2 kg PF/t TS. El operador fija el valor exacto en el panel de mando y, a continuación, el sistema de control lo regula automáticamente.

La floculación completa no es necesaria cuando se utiliza el decantador, ya que el PF sólo se utiliza para alisar el centrado con el fin de mejorar el grado de separación, no para la separación en sí. Por regla general, es suficiente y, de hecho, recomendable utilizar un producto en polvo barato. Un dato clave: además de los polímeros sintéticos convencionales, también se pueden utilizar polímeros biodegradables a base de quitina o almidón. Y si las propiedades del lodo son buenas, en algunos casos puede prescindir por completo del FP con el decantador OSE.

Control de lodos espesados

El cambio de las condiciones de alimentación también afecta a la descarga de lodos espesados. Sin embargo, es importante que el digestor reciba una alimentación constante de sólidos, así como una cantidad hidráulica constante. Para garantizar estos dos parámetros, el decantador OSE está equipado con un sistema de control adicional para regular los lodos espesados. Este sistema mide la concentración del lodo espesado con una sonda. Mediante un algoritmo en el programa PLC, la unidad Simp Drive® mantiene constante la concentración del lodo espesado. El operador sólo tiene que seleccionar el valor deseado en el panel de mando, por ejemplo, 6% TS, y el resto lo hace el controlador.

Control de la eficacia de separación en todo momento

Cuanto mayor sea la eficacia de separación y más limpio esté el centrado, menor será la carga de retorno para la depuradora. El decantador OSE puede alcanzar eficiencias de separación constantes de >95%, a menudo incluso >98%. Un sensor controla la calidad del centrado para que los operarios puedan hacer un seguimiento de la eficacia de separación en todo momento. Esto permite reaccionar inmediatamente en caso de desviaciones, por ejemplo, ajustando la cantidad de polímero.

Requisitos de espacio y funcionamiento del decantador OSE

Este sistema de espesamiento es muy compacto. El rendimiento específico por espacio cerrado suele ser muy superior al de otros sistemas, especialmente los de mayor tamaño. Esto permite instalarlo en edificios existentes, ahorrando costes de construcción. También pueden instalarse fácilmente sistemas de contenedores.

Además de las cantidades de lodo fino, lodo espesado y centrado, el sistema controla parámetros importantes de la máquina como la velocidad, las vibraciones, la temperatura de almacenamiento, el consumo de energía y las presiones de las tuberías. De este modo, el operador puede controlar en todo momento todos los parámetros relevantes. El sistema de espesamiento puede manejarse y supervisarse desde el panel del operador o desde la estación de control del proceso. Aparte de las inspecciones ocasionales, no es necesario intervenir in situ.

Fácil de mantener y personalizable

El decantador Flottweg OSE está diseñado para que su mantenimiento sea muy sencillo. Todos los conjuntos y componentes importantes son fácilmente accesibles. Los costes de mantenimiento se reducen al mínimo gracias a una amplia protección contra el desgaste de alta calidad en combinación con aceros inoxidables resistentes a la corrosión (V4A y Duplex). Los rodamientos son robustos y duraderos. Todas las piezas de desgaste pueden sustituirse in situ, por lo que no cabe esperar largos periodos de inactividad durante la vida útil del decantador.

Tampoco se necesitan herramientas especiales.

Además, los especialistas de servicio de Flottweg pueden acceder al sistema de control -previa autorización del personal de operación- y prestar así asistencia para la operación o el mantenimiento a distancia.

Además de la facilidad de mantenimiento, el sistema también se adapta muy bien a las necesidades cambiantes. Si, por ejemplo, aparecen bacterias filamentosas (microthrix) en la depuradora y degradan el índice de lodo, incluso este lodo voluminoso puede procesarse bien, a pesar de un IVS de hasta 300 ml/g. Como mucho, cabe esperar un aumento de las necesidades de polímeros y/o un caudal de paso algo menor. El sistema también es muy adecuado para espesar lodos primarios o mixtos, y sólo requiere optimizar los ajustes de la máquina. Y si en el futuro se instalan procesos adicionales, por ejemplo hidrólisis térmica, los decantadores OSE pueden adaptarse fácilmente.

La carga constante del digestor ahorra costes de calefacción y mejora el proceso de digestión, con lo que aumenta el rendimiento de gas y, en última instancia, mejora el balance energético de la depuradora. el funcionamiento durante 24 horas reduce los costes de inversión al tiempo que mejora la gestión del proceso de decantación secundaria.

Ejemplo de uso del decantador

La experiencia de los clientes ha demostrado que el uso del decantador para el espesamiento ha mejorado tanto el grado de digestión como el resultado de la deshidratación. Además, la integración totalmente automática del decantador 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 debido al centrado limpio y un índice de lodos constantemente bajo (90 - 110). El uso del decantador también mejora los valores de escorrentía para NH4-N. Por último, hay un impacto positivo en la deshidratación, ya que se reduce el consumo de energía del decantador de deshidratación en aproximadamente un -14%, de 2,47 a 2,12 kWh/m³.

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