Centrífugas decantadoras para espesamiento y deshidratación de lodos | Shenzhou

Descripción de una centrífuga decantadora

Una centrífuga decantadora, también conocida como centrífuga de tazón horizontal, centrífuga de tazón sólido o centrífuga de desplazamiento, es una máquina que separa sólidos de líquidos mediante un proceso rotatorio continuo y de alta velocidad. Si bien el tratamiento de aguas residuales de biosólidos es una aplicación principal, la separación de sólidos de líquidos (deshidratación en dos fases) en lodos también es importante para diversas industrias, como la química, la alimentaria, la petrolera y la minera, entre otras.

Cómo funciona

La separación de sólidos y líquidos en un sistema de decantador centrífugo se basa en el principio de la gravedad. Mientras que la separación gravitacional de una mezcla turbia (que cae al fondo) y agua (que sube a la superficie) requiere un tiempo considerable en tecnologías de separación basadas en la separación 1xG, como un contenedor estático, un clarificador o un separador lamal, la rápida rotación de una centrífuga acelera considerablemente este principio.

De hecho, la fuerza G generada por una centrífuga decantadora puede ser tres mil veces mayor que la gravedad, reduciendo el proceso de separación de horas a solo segundos. Las centrífugas actuales utilizan tecnología de contracorriente. El proceso de separación en una centrífuga decantadora de dos fases hace que las partículas sólidas más densas se compacten y sedimenten en el tambor interior, para luego transportarse y eliminarse a través del extremo de descarga de sólidos del decantador. El concentrado se dirige al extremo opuesto de la centrífuga y se elimina a través de la salida de concentrado. En una centrífuga de tres fases, el sistema de deflectores está integrado en el interior de la centrífuga. Este sistema impide que el aceite se descargue junto con el agua. El aceite (la fase más ligera) se recoge entre los dos deflectores y se retira por la parte superior.

Diagrama de funcionamiento de la centrífuga decantadora:

El funcionamiento básico incluye las siguientes partes de la centrífuga y cómo funcionan:

El material de alimentación ingresa a la centrífuga a través de la entrada del tubo de alimentación en un extremo de la centrífuga.

Debido a la fuerza centrífuga, las partículas más pesadas son empujadas a través del líquido y se recogen en la pared interior del recipiente; la rotación a alta velocidad del recipiente separa los materiales sólidos y líquidos.

La rotación continua del recipiente se puede lograr mediante un VFD (variador de frecuencia).

El transportador de espiral (scroll) dentro del recipiente gira a una velocidad ligeramente diferente a la del recipiente (velocidad diferencial).

El transportador de espiral raspa continuamente los sólidos de la pared interior del recipiente y los mueve en dirección al área de descarga de sólidos del cono centrífugo.

El líquido (centrado) se mueve en dirección opuesta a los sólidos debido a la Ley de Pascal (o un sistema de tuberías combinadas) y porque el extremo de descarga de sólidos está sellado por los sólidos.

La velocidad diferencial de la centrífuga controla el tiempo de retención de sólidos; cuanto más tiempo estén los sólidos bajo la fuerza g, más secos se volverán en el proceso de deshidratación.

Centrífugas decantadoras para espesamiento y deshidratación de lodos

El costo del almacenamiento, transporte, uso final o eliminación de biosólidos puede influir significativamente en la elección de centrífugas decantadoras para espesar o deshidratar. En general, el espesamiento de lodos antes de la deshidratación reduce el espacio necesario para el almacenamiento al eliminar agua; la deshidratación elimina más agua, lo que produce una torta más seca (fuente: EPA - Espesamiento y deshidratación de biosólidos con centrífugas).

Según ScienceDirect, el espesamiento de lodos suele producir concentraciones de sólidos en el lodo de entre el 3 % y el 7 %, lo que resulta en una reducción de volumen del 80 %. Diversos factores determinan si un sistema de espesamiento de lodos es suficiente para el tratamiento de biosólidos. Estos incluyen:

Tipos de lodos

Lodos activados residuales (WAS) / Lodos secundarios – (0,8-1,3 % TS)

Tiene separación natural de agua libre (flóculos) y es fácilmente fraguable.

Se requiere poco o ningún polímero. (*)(**)

* Las centrífugas decantadoras tradicionales para el espesamiento de lodos pueden funcionar con poco o ningún polímero, pero requieren un mayor consumo de energía o la capacidad del equipo es limitada. Otras tecnologías de espesamiento (tambor rotatorio, banda de gravedad, DAF) necesitan polímero para producir una concentración de sólidos del 4-5 %. **El espesador de lodos SHENZHOU alcanza una concentración de sólidos del 4-5 % sin polímero, con un 50 % menos de consumo de energía y una mayor capacidad en comparación con las centrífugas decantadoras tradicionales.

Lodos primarios - (1,5-5 % TS)

Los sólidos son pesados ​​y sedimentables pero están cargados de material coloidal (turbios).

Partículas finas difíciles de eliminar

Generalmente se requiere polímero

Lodos digeridos – (1,5-3% TS)

No es fácil de configurar;

Generalmente se requiere polímero

Costos de transporte basados ​​en tonelajes

Requisitos de concentración porcentual de sólidos en vertederos

Si los lodos pueden eliminarse en una laguna de lodos

El espesamiento de lodos mediante una centrífuga decantadora antes de un proceso de digestión reduce el tamaño del digestor y puede utilizarse antes del almacenamiento de lodos y su aplicación en terrenos líquidos. Dependiendo del uso del lodo (vertido, aplicación en terrenos o secado), cuanto más seco esté el producto, más rentable será su almacenamiento, transporte y eliminación.

Deshidratación de lodos

La deshidratación mecánica con una centrífuga decantadora puede resultar en una reducción del 95% del volumen y una concentración de sólidos secos de entre el 15% y el 35%, en comparación con una reducción del 80% del volumen y una concentración de sólidos del 3% al 7% con una operación de solo espesamiento de lodos. Al eliminar más agua y, por lo tanto, producir una torta más seca, la deshidratación ofrece ahorros significativos en los costos de tratamiento, manipulación y eliminación.

Las ventajas de la deshidratación incluyen las siguientes (fuente: EPA - Hoja informativa sobre tecnología de biosólidos sobre espesamiento y deshidratación por centrífuga):

Reduce el volumen, ahorrando dinero en almacenamiento y transporte.

Elimina líquidos libres antes de su disposición en vertederos.

Reduce los requisitos de combustible si los residuos se van a incinerar o secar con calor.

Elimina encharcamientos y escorrentías

Optimiza el secado al aire y muchos procesos de estabilización.

En una centrífuga de deshidratación Centrisys, cuanto más funciona el equipo, más precisa se vuelve la configuración. El controlador de la centrífuga no solo inicia automáticamente el sistema, sino que el paquete de control también permite al operador preseleccionar el modo de funcionamiento de la centrífuga. Una centrífuga decantadora Centrisys suele optimizarse al 95 % en 45 minutos tras su puesta en marcha. El sistema hidráulico de retroalimentación Rotodiff® proporciona información instantánea (mediante una correlación de presión) del nivel de sólidos de la torta con mayor precisión que la que se puede determinar visualmente. Una vez alcanzada la presión deseada, el sistema hidráulico de retroalimentación Rotodiff mantiene el nivel de sólidos de la torta a pesar de los cambios en la concentración de la alimentación mediante un controlador proporcional integrado. El operador de la planta deberá observar ocasionalmente el concentrado y ajustar el polímero según corresponda, pero el sistema se mantiene optimizado con mínima intervención del operador.

Rendimiento del proceso. Es difícil clasificar completamente los lodos municipales y sus expectativas de rendimiento debido a la amplia variación de los diferentes procesos, así como a las contribuciones domésticas e industriales a la biomasa.

Es necesario:

Definir las características de los lodos

Caracterizar los niveles óptimos de rendimiento esperados en el equipo

Definiciones de lodos. Para cuantificar mejor el rendimiento, es necesario establecer límites y definir mejor los términos. Todos los tipos de lodos, tal como se definen a continuación, asumen que las contribuciones industriales son inferiores al 20 % de la concentración final de sólidos deshidratados y que se emplean procesos convencionales de tratamiento de aguas residuales. Se asume que los aditivos químicos (como el permanganato de potasio, utilizado para el control de olores) no afectan significativamente el acondicionamiento de los lodos.

Primaria cruda:

Se asume que los sólidos de alimentación provienen del fondo de un clarificador primario y, por lo tanto, tienen una consistencia de entre el 2 % y el 7 % de sólidos totales. Para el espesamiento previo a la digestión anaeróbica o el transporte en cisterna, se especifica una torta con un 5 %-10 % de sólidos totales para una recuperación del +95 % y es fácil de obtener.

Lodos activados residuales:

La mayoría de los sólidos de alimentación varían entre el 0,4 % y el 2,0 % de sólidos totales. El espesamiento de lodos sin polímero produce una torta del 4 % al 6 % para especificaciones de recuperación del 85 % al 90 %. Se requiere polímero para niveles de recuperación más altos o durante el espesamiento del 7 % al 10 %. La deshidratación, tanto la deshidratación con alto contenido de sólidos, suele ocurrir con niveles de recuperación del 90 % al 95 %.

Lodos primarios/secundarios mixtos crudos:

Se suelen encontrar diversas combinaciones de lodos primarios y secundarios mixtos con una concentración de entre el 3 % y el 6 % de sólidos totales. Este análisis asume una mezcla 50:50 de tipos de lodos. Se suelen alcanzar niveles de recuperación de +95 % utilizando polímeros para todos los modos de separación.

Lodos mixtos digeridos anaeróbicamente:

Suponiendo una mezcla 50:50 de lodos primarios y secundarios en el digestor, los sólidos de alimentación al 2 – 4 % de sólidos totales sólidos generalmente dan como resultado especificaciones de +95 % de recuperación con polímero.

Lodos digeridos aeróbicamente:

En el caso de lodos digeridos aeróbicamente, se suelen obtener sólidos de alimentación con un contenido de sólidos totales (TSS) del 1 al 2,5 %. Se utiliza polímero para lograr separaciones con una recuperación del 90 al 95 %.

Glosario de términos utilizados en esta sección

¿Cuál es la velocidad diferencial de una centrífuga?

La velocidad diferencial de una centrífuga es la diferencia entre la velocidad del recipiente y la velocidad del espiral.

Suponiendo que la velocidad del recipiente es de 3000 RPM

Si el desplazamiento avanza a 1 RPM de velocidad diferencial, la velocidad del desplazamiento es 3001

Si el desplazamiento se retrasa a 1 RPM de velocidad diferencial, la velocidad del desplazamiento es 2999

Una centrífuga decantadora Centrisys puede funcionar tanto como espiral principal como como espiral secundaria. El espiral principal gira más rápido que el tazón, mientras que el espiral secundaria gira más lento. Este innovador diseño prolonga la vida útil de las boquillas de descarga tanto del tazón como del espiral. La ventaja para nuestros clientes es un menor mantenimiento, ya que el espiral puede funcionar tanto como espiral principal como secundaria.

¿Por qué es necesaria la velocidad diferencial de una centrífuga para deshidratar lodos?

Suponiendo que el espiral tiene 15 conjuntos de paletas y una velocidad diferencial de 1, los sólidos que se impulsan a través de la centrífuga (desde la entrada de alimentación hasta la descarga de sólidos) permanecerán en ella un máximo de 15 minutos bajo la acción de la fuerza G. El tiempo de retención de los sólidos está determinado por la velocidad diferencial. Cuanto más tiempo permanezcan los sólidos en la centrífuga, más secos estarán. Una velocidad diferencial menor produce una torta más seca.

Al aumentar la velocidad diferencial de 1 RPM a 2 RPM, el tiempo de retención de sólidos se reduce a la mitad. Así, en lugar de permanecer 15 minutos en la centrífuga bajo la fuerza G, los sólidos permanecen solo 7,5 minutos, lo que teóricamente resulta en una torta más húmeda, pero un concentrado más limpio. Al duplicar la velocidad diferencial, el inventario de sólidos dentro de la centrífuga se reduce a la mitad; hay más espacio disponible para la clarificación, lo que resulta en un concentrado más limpio.

La velocidad diferencial de una centrífuga es vital para la deshidratación, ya que permite calcular el nivel de sequedad deseado de la torta en relación con el rendimiento total de la operación crítica. Nuevamente, una velocidad diferencial menor implica un mayor tiempo en la centrífuga y una torta más seca. Por otro lado, una velocidad diferencial mayor implica un menor tiempo en la centrífuga, un sólido más húmedo, un concentrado más limpio y una mayor capacidad de galones por minuto (gpm).

¿Cuál es la forma más rápida de verificar que la velocidad diferencial esté configurada correctamente en una centrífuga decantadora?

El indicador más rápido de una velocidad diferencial correctamente ajustada es la limpieza del concentrado. Mientras este esté claro y limpio, se puede reducir la velocidad diferencial para optimizar la sequedad de los sólidos de la torta.

Es imposible ver la sequedad de los sólidos de la torta, pero es posible observar inmediatamente la claridad del concentrado y ajustarlo según su grado de limpieza o suciedad durante la optimización. Al ajustar el diferencial, si el concentrado se ensucia o se vuelve turbio, indica que la velocidad diferencial real es demasiado baja. Se almacenan demasiados sólidos en la centrífuga, lo que provoca que el concentrado se vuelva turbio y sucio.

Quizás haya notado que la centrífuga no funciona como se esperaba, o que los sólidos están demasiado húmedos o el concentrado está demasiado turbio. Como se indica en nuestro video, Verificación de la calibración de la velocidad diferencial, puede realizar cambios temporales y verificar la velocidad diferencial sin detener el proceso siguiendo estos pasos:

Encienda su centrífuga y coloque el sistema de alimentación en manual.

Asegúrese de que la presión de BAR sea baja, inferior a 20 BAR

Vaya a la página de control de curva en el panel de control

Seleccione Delta N e ingrese un valor más alto, presione enter

Asegúrese de que se acepte el valor real ingresado

El diferencial real debe cambiar al valor establecido en 30 segundos.

Establezca el valor nuevamente en una RPM

Asegúrese de que la velocidad diferencial cambie al valor establecido (una pequeña variación como 0,5 RPM está bien)

Esto confirma que la válvula de control y el sistema hidráulico están respondiendo.

Si las RPM reales no responden, será necesario recalibrar la centrífuga.

Restablecer el valor Delta N a la configuración original

Comuníquese con Centrisys si tiene alguna pregunta sobre cómo recalibrar la velocidad de su centrífuga.

La importancia de equilibrar una centrífuga decantadora a velocidad operativa

Al igual que la velocidad diferencial de una centrífuga debe recalibrarse si funciona fuera de sus parámetros operativos normales, el recipiente y el espiral de una centrífuga deben reequilibrarse en determinadas condiciones. Esta sección explicará los pormenores del equilibrado de una centrífuga y la importancia de equilibrarla a la velocidad operativa.

¿Por qué equilibrar una centrífuga decantadora?

Una centrífuga decantadora desequilibrada es como tener neumáticos desequilibrados. Cuando un neumático está desequilibrado, rebota contra la carretera, lo que provoca múltiples problemas de rendimiento que afectan la dirección, la velocidad, la seguridad y el desgaste prematuro de las piezas. Subestimar la eficacia de un equilibrado preciso de la centrífuga es un grave error. Las vibraciones elevadas provocan daños y desgaste prematuros en las piezas de la centrífuga y los componentes estructurales, lo que aumenta los costes de reparación y las paradas innecesarias del proceso.

¿Cuándo se debe equilibrar una centrífuga decantadora?

Se debe realizar un balanceo de la centrífuga decantadora después de una reparación o reconstrucción importante después de 15.000 a 20.000 horas, o en cualquier momento en que haya ruido y vibración excesivos durante el funcionamiento.

¿Qué partes de una centrífuga decantadora necesitan estar equilibradas?

Normalmente, el recipiente y el espiral de la centrífuga se equilibran. Cada uno se equilibra por separado. Sin embargo, luego se equilibran y prueban juntos para garantizar su correcto funcionamiento y que cumplan con las especificaciones operativas requeridas.

¿Dónde y cómo se debe equilibrar una centrífuga decantadora?

Es importante equilibrar una centrífuga a su velocidad de funcionamiento. Las centrífugas pueden funcionar a velocidades muy altas: de 2000 a 4000 veces la velocidad de la gravedad (lo que se conoce como fuerza G). La única manera de equilibrar con precisión el recipiente y el rotor de una centrífuga es hacerlo a su velocidad normal de funcionamiento.

Como puede imaginar, no se recomienda equilibrar equipos a altas velocidades sin la protección y los protocolos adecuados. Por eso, en Centrisys, hemos creado un enfoque innovador con nuestro búnker de equilibrio de última generación.

Las centrífugas enviadas a Centrisys para su reparación o reconstrucción, que posteriormente requieren balanceo, se realizan en nuestro búnker de balanceo de centrífugas. Este espacio de taller dedicado proporciona la seguridad y protección necesarias a los empleados y clientes que vienen a presenciar la operación. No solo reduce el ruido durante el balanceo a alta velocidad, sino que también proporciona una medida de seguridad muy necesaria para nuestros operadores y técnicos de servicio.

Además de la seguridad de nuestro equipo, nuestro foso de búnker para el balanceo de centrífugas tiene 4 metros de profundidad, 6 metros de ancho y 12 metros de largo. Se utilizaron dieciséis camiones de hormigón para verter el búnker y asegurar la base más resistente posible. Dos grúas de 15 toneladas mueven los recipientes y los espirales de la centrífuga dentro y fuera del foso. Un techo retráctil de acero y hormigón encierra el búnker cuando la equilibradora está en funcionamiento.

La equilibradora Schenck HM7U puede equilibrar centrífugas con un diámetro de 44" o superior, a velocidades de operación uniformes y superiores, y manejar rotores más grandes y pesados. La creación de este búnker de equilibrado de última generación es el paso natural para la fabricación y el mantenimiento de la próxima generación de centrífugas.

Los clientes que no deseen estar presentes para el balanceo en nuestras instalaciones de servicio pueden recibir las lecturas de balanceo directamente mediante el acceso a una interfaz web.

El balanceo preciso de la centrífuga, a la velocidad operativa o superior, es el primer paso crucial para ejecutar un programa de mantenimiento preventivo bien planificado. Esto garantizará el correcto funcionamiento de la centrífuga decantadora y minimizará las reparaciones y el tiempo de inactividad innecesario.