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01.12.2021

El sistema de centrifugado reduce la necesidad de mano de obra y aumenta la calidad de los lodos

En una gran planta de tratamiento de aguas residuales que gestiona cinco grandes plantas químicas de Virginia Occidental, el lodo puede variar a diario. Esto supone una dificultad a la hora de lograr un lodo homogéneo. Tras haber utilizado prensas de cámara durante décadas, la planta de tratamiento de aguas residuales de Solvay se pasó a un sistema de centrífuga Flottweg, que redujo el tiempo de producción de 24 horas al día 7 días a la semana a tan solo un turno de 12 horas al día. El sistema también mejoró la calidad de los lodos, redujo los costes, el volumen de los vertederos y proporcionó a la empresa equipos eficaces, automatizados y fáciles de usar, además de un ahorro neto anual de aproximadamente 214 000 dólares.

El reto

Las aguas residuales producidas por plantas químicas contienen muy pocas fibras, por lo que la deshidratación de los lodos es difícil.

«Aquí tenemos muchos lotes diferentes que cambian día a día y mes a mes», afirmó Brian Smith, superintendente de mantenimiento y tratamiento de aguas residuales. «Esto hace que sea difícil mantener una biomasa sana. La biomasa cambia constantemente. Vemos muchos grupos de alimentos diferentes. Los alimentos pueden oscilar muy rápidamente, lo que dificulta el desarrollo de un lodo consistente. Cuando salimos a poner en marcha la centrífuga cada mañana, simplemente no sabemos con qué nos encontraremos. Es diferente cada día».

Esto es un reto común para las plantas de tratamiento cuando hay lotes de múltiples fuentes y muy poca estabilización, si la hay. La descarga de la planta de fabricación llegará a la planta de tratamiento en el plazo de una hora desde que se produce dicha descarga, y Smith afirmó que sus instalaciones no tienen grandes estanques de compensación.

Para producir un lodo consistente se requieren residuos consistentes. «Si todo el mundo enviase un residuo consistente, los insectos se aclimatarían a él», dijo Smith. «Se podría cultivar un insecto sano que se depositaría. Pero, si se cambia constantemente el pH y la alimentación de sustancias químicas, algunos de esos insectos morirán y otros aumentarán en población. Este tipo de lodo es extremadamente difícil de deshidratar».

Solvay utilizó anteriormente dos prensas de cámara, pero no siempre eran capaces de gestionar toda la capacidad. Smith se vio obligada a alquilar una prensa de cámara adicional durante seis meses al año, funcionando las 24 horas del día, siete días a la semana. Esto creaba la necesidad de un operario adicional.

«Se produjo un enorme estrés en nuestra mano de obra», afirmó Smith. «Hubo operarios que se centraron únicamente en las prensas. Como nuestro lodo es tan complicado de tratar, por cada tonelada de lodo que producimos hubo que añadir una tonelada de cenizas volantes. Esto aumentó la cantidad de toneladas que teníamos que enviar al vertedero. Era un material muy seco. Podríamos acercarnos a un 50 % de sólidos, pero si se tiene en cuenta que se está añadiendo una gran cantidad de cenizas volantes, eso representa gran parte de los sólidos».

Las prensas de cámara se instalaron a finales de los años 80. Durante este tiempo, la empresa utilizó un incinerador de residuos peligrosos. Durante la década de los 90, la planta cerró el incinerador y hubo muchos cambios en los procesos de fabricación. 

«No podíamos deshidratar lo suficientemente rápido, así que básicamente dejamos de generar residuos. Esto haría retroceder todo el lodo hacia la planta de tratamiento de aguas residuales, lo que causaría problemas», afirmó Smith. «Cada seis meses aproximadamente, nos vimos obligados a conseguir una prensa de alquiler, lo que nos ayudaría a reducir los niveles de lodos. Esto supuso un ciclo adicional en la planta de tratamiento de aguas residuales. Por lo tanto, no solo nuestra alimentación oscilaba, sino que ahora hacíamos circular una gran cantidad de biomasa en la planta de tratamiento de aguas residuales. No éramos capaces de mantener nada de forma estable».

Cuando el nivel de sólidos aumenta en una planta de tratamiento de aguas residuales, también aumentan los costes. Smith afirmó que sus instalaciones añadían polímeros para que el lodo se asentara en el clarificador secundario. Para evitar que los sólidos lleguen al río, se usaron más polímeros para espesar, lo que resultaba caro.

La solución

Smith y su equipo comenzaron a interearse por diferentes tecnologías, como los filtros de pantalla giratorios, pero el producto de estas máquinas no era aceptable. La empresa alquiló un sistema de centrifugado, pero el fabricante no les proporcionó asistencia técnica eficaz cuando el equipo se averió. Smith volvió al punto de partida.

En invierno de 2017, Smith se puso en contacto con Flottweg Separation Technology y participó en su programa piloto mediante un contrato de alquiler para equipos de centrifugado con un contrato sobre asistencia técnica.

«La unidad piloto venía originalmente con un tornillo sinfín sólido, luego fue sustituido por un tornillo sinfín de cuerpo abierto», nos cuenta Smith. «Observamos una gran mejora. La unidad piloto nos proporcionaba sólidos a un 19 % y un 20 %. Resultaba fácil de ejecutar. Presionamos el botón de inicio y empezó a producir el producto de inmediato. Pusimos en marcha el tornillo sinfín entre abril y agosto y fue un cambio radical. Obtuvimos un producto escamoso y nos resultó mucho más fácil mantener limpio el concentrado. Había al menos un 21 % de sólidos. Ese 1 % o 2 % supone un cambio físico en el aspecto del lodo y en su comportamiento. Se retiró el agua libre y su aspecto no era húmedo en absoluto".

Desde el principio, Flottweg trabajó con Solvay con un contrato de alquiler a largo plazo y pudo instalar el nuevo diseño de tornillo sinfín una vez que estuvo disponible.

«Ahora, casi no supone un problema», afirma Smith. «Lo instalamos y nunca hemos tenido problema con él. La instalación llevó menos de 8 horas. Bastó con instalarlo en la misma caja de rodamientos. Los sólidos son entre un 1 % y un 1,5 % mejores. Los operarios no tienen ningún problema. Puesto que nuestros lodos han cambiado, solo fijamos la cantidad de polímero que estamos introduciendo y luego ponemos en marcha la alimentación de lodos a la máxima potencia hasta que llega al concentrado. Luego reducimos un poco la potencia».

Durante el día, Smith decidió comenzar a funcionar a unos 50 galones por minuto (gpm) y, a medida que el espesador extrae el lodo (lo que aclara el lodo del proceso), añadir 10 gpm más. 

«Configuramos nuestros desechos de lodo a 35 galones por minuto, por ejemplo. El equipo está en funcionamiento todo el día, alimenta el espesador y el espesador deshidrata», afirma Smith. «Así, cuando el personal entra por la mañana, puede que haya 3 metros de material en el espesador. Arrancan la centrífuga y la dejan funcionar de 8 a 12 horas. Luego la dejan apagada durante la noche. A la mañana siguiente hay otros 2, 2,5 o 3 metros. A veces hay que implementar cambios porque se está utilizando el espesador por lotes. Cuando se activa por la mañana, puede haber un 3 % de sólidos. Justo antes de salir, los sólidos pueden estar entre el 1 % y el 1,5 %».

Solvay solo utiliza centrífugas para la deshidratación La centrífuga decanter Flottweg se instala en un contenedor

Cómo funciona

En función del tamaño de la planta de tratamiento de aguas residuales, pueden utilizarse diversos procesos. Aunque Solvay solo utiliza centrífugas para la deshidratación, también es posible el espesamiento con centrífugas decanter.

Todas las plantas de tratamiento de aguas residuales tienen algún tipo de proceso de espesamiento. Esto implica concentrar el exceso de lodo producido en las etapas biológicas de 5 a 10 g/l de sólidos secos totales al 5-8 %, antes de que se bombee a la instalación de digestión. El volumen de lodo se reduce un 90-95 % en este proceso. Solvay utiliza actualmente clarificadores de sedimentos, pero también podría utilizar una centrífuga para realizar este paso, que luego va seguido de un proceso de deshidratación.

Tanto si los sólidos se transportan después de la deshidratación, se reutilizan como fertilizante, se eliminan en vertederos o se incineran, el factor más crítico radica en una deshidratación máxima. Los otros factores clave son la rentabilidad en términos de consumo de polímeros, energía y agua, los recambios y un funcionamiento continuo automático con un coste mínimo.

Una centrífuga decanter se puede ver como un embalse de sedimentación que rodea un eje. En el embalse de sedimentación, las partículas sólidas, que son más pesadas que el líquido, se depositan en el fondo gracias a la fuerza de la gravedad y se forma una capa de sedimentos en el fondo del embalse. En el tambor giratorio de la centrífuga, las partículas sólidas, que son más pesadas que el líquido, se mueven hasta el diámetro interior del tambor, impulsadas por la fuerza centrífuga, y se acumula una capa de sedimento con forma de anillo en la superficie interior del tambor de la centrífuga. Dado que la fuerza centrífuga en el decanter es de aproximadamente 3000 x g a diferencia del 1 x g del embalse de sedimentación, separar las partículas sólidas de un líquido en una centrífuga es más rápido y eficiente.

La carcasa del tambor de una centrífuga decanter tiene una forma cilíndrica y cónica. Este gira a alta velocidad, creando la fuerza centrífuga necesaria para la separación. En el interior del tambor hay un tornillo sinfín de desplazamiento para la descarga continua de los sedimentos, que se acumulan en la superficie interior de la pared del tambor. El tornillo sinfín de desplazamiento gira a una velocidad diferencial en relación con el tambor. Esta velocidad diferencial se crea mediante una caja de engranajes giratoria en el extremo de accionamiento del tambor. El lodo que se va a separar entra en el tambor a través de una tubería de alimentación fija. Desde la tubería de alimentación, entra en la zona de separación del cuerpo del tornillo sinfín. En la zona de separación, se obtiene una capa de sedimentos y otra de líquido. El sedimento se retira de la pared del tambor a través del tornillo sinfín de desplazamiento y se expulsa del embalse por el extremo cónico de la máquina antes de salir por los puertos de descarga del extremo cónico del tambor. El líquido separado fluye hacia el extremo cilíndrico del tambor, donde se descarga por gravedad a través de la zona de descarga de líquidos.

Estas características de diseño fundamentales se tienen en cuenta desde principios de los años 70. En la actualidad, el resultado de este desarrollo continuo es la completa cartera de decanter HTS de Flottweg para la deshidratación de lodos, que incluye equipos para gestionar capacidades que van de 40 a 800 gpm.

El sistema de centrifugado permitió que la planta de tratamiento de aguas residuales de Solvay redujera el volumen de material para vertedero El sistema de centrifugado permitió que la planta de tratamiento de aguas residuales de Solvay redujera el volumen de material para vertedero

Los resultados

El sistema de centrifugado permitió a la planta de tratamiento de aguas residuales de Solvay reducir las horas de mano de obra utilizadas con los equipos de deshidratación, reducir el tiempo de funcionamiento y las toneladas de material destinado al vertedero, aumentar la consistencia de los lodos y reducir la energía.

«Nuestra unidad ahora mismo es de alquiler, pero esperamos que un día sea nuestra», afirma Smith. «Le tomo el pelo a los chicos diciéndoles que es un alquiler, pero me matarían si se la quitase. Harían guardia en la puerta para protegerla. Nunca podrían volver a la vieja tecnología después de haber probado la centrífuga Flottweg. Esta tecnología ha sido probada durante al menos 15 años y estamos encantados de haberla descubierto».

El sistema permitió a Solvay reducir el tiempo de funcionamiento de 24 horas al día 7 días a la semana con operadores dedicados a tiempo completo a tan solo un turno de 12 horas al día. Las prensas de cámara requerían mucho trabajo físico, concretamente el raspado y el desplazamiento de las placas, según Smith. Esto provocaba lesiones en los hombros y tensión en la parte superior del cuerpo. El sistema de centrifugado redujo la necesidad de mano de obra adicional así como el riesgo de lesiones para los operarios.

«Fue muy buena noticia deshacerse de las horas extras», opina. «Redirigimos las horas de trabajo adicionales a otras partes de la planta de tratamiento de aguas residuales, mejorando nuestras operaciones y la calidad de los efluentes. Una vez que el equipo se puso en marcha, todo ha sido muy fácil. Solvay y Willow Island es una planta en expansión. Queremos seguir desarollándonos. Antes, nos preocupaba que la planta de tratamiento de aguas residuales no pudiera gestionar la carga adicional. Ahora, esto no es un problema. La centrífuga y el hecho de que ahora tengamos el control de la planta de tratamiento de aguas residuales nos confirman que esta planta está lista para seguir creciendo».

La planta ya no necesita añadir cenizas volantes a la centrífuga, lo que ahorra el coste de dichas cenizas, los costes de transporte y las tasas de descarga. En total, la planta obtuvo rendimiento de la inversión en pocos meses. Tras el primer año en funcionamiento, el sistema demostró su valor ahorrando a Solvay más de 214 000 dólares al año. Esta cifra incluye el coste de la ceniza, su transporte, el transporte hasta el vertedero, los costes de eliminación, el coste de los polímeros, alquiler, contratación de mano de obra, contenedores, contenedores para camiones, revestimientos de plástico, gastos de mantenimiento y de electricidad.

«La principal ventaja es que puedo controlar la planta de tratamiento de aguas residuales», afirma Smith. «No permitimos que esos sólidos aumenten mucho. Nosotros les ponemos el límite. Nuestros gastos en polímeros en materia de aguas residuales han disminuido muchísimo. Nuestro operario solo tiene que poner en marcha la centrífuga por la mañana y mover el contenedor haciendo unos pocos ajustes menores».

Acerca del autor

Daniel Lakovic

Daniel Lakovic es director de desarrollo comercial de Flottweg Separation Technology.

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