Centrífugas decantadoras para produtos de espessamento e desidratação de lodo | Shenzhou

Descrição de uma centrífuga decantadora

Uma centrífuga decantadora, também conhecida como centrífuga horizontal de rotor, centrífuga de rotor sólido ou centrífuga espiral, é uma máquina utilizada para separar um material sólido de um ou mais líquidos por meio de um processo rotacional contínuo e de alta velocidade. Embora o tratamento de águas residuais com biossólidos seja uma de suas principais aplicações, a separação de um material sólido de um líquido (desidratação bifásica) em uma suspensão também é importante para diversos setores, incluindo o químico, alimentício, petrolífero e de mineração, entre outros.

Como funciona

A separação de um sólido e um ou mais líquidos em um sistema de centrífuga decantadora funciona com base no princípio da força gravitacional. Enquanto que a separação gravitacional de uma mistura lamacenta (para afundar) e da água (para subir) leva um tempo considerável em tecnologias de separação baseadas na força gravitacional (1xG), como em recipientes estáticos, clarificadores ou separadores lamelares, a rotação rápida de uma centrífuga acelera significativamente esse princípio gravitacional.

De fato, a força G gerada por uma centrífuga decantadora pode ser bem superior a três mil vezes a força da gravidade, reduzindo o processo de separação de horas para meros segundos. As centrífugas atuais utilizam tecnologia de contracorrente. O processo de separação em uma centrífuga decantadora bifásica resulta na compactação e sedimentação das partículas sólidas mais densas no tambor interno, sendo então transportadas e removidas pela saída de sólidos da decantadora. O concentrado é direcionado para a extremidade oposta da centrífuga e removido pela saída de concentrado. Em uma centrífuga trifásica, o sistema de defletores é construído internamente. Esse sistema impede que o óleo seja descarregado juntamente com a água. O óleo (o fluido da fase menos densa) é coletado entre os dois defletores e removido da superfície.

Diagrama operacional da centrífuga decantadora:

O funcionamento básico inclui as seguintes partes da centrífuga e como elas funcionam:

O material de alimentação entra na centrífuga através da entrada do tubo de alimentação em uma das extremidades da centrífuga.

Devido à força centrífuga, as partículas mais pesadas são impulsionadas através do líquido e se acumulam na parede interna do recipiente; a rotação em alta velocidade do recipiente separa os materiais sólidos dos líquidos.

A rotação contínua da tigela pode ser realizada por um VFD (Variable Frequency Drive, ou inversor de frequência).

A esteira rolante (roda espiral) dentro da cuba gira a uma velocidade ligeiramente diferente da cuba (velocidade diferencial).

A esteira rolante raspa continuamente os sólidos da parede interna da cuba e os move em direção à área de descarga de sólidos do cone da centrífuga.

O líquido (centracado) move-se na direção oposta à dos sólidos devido à Lei de Pascal (ou a um sistema de tubulação combinada) e porque a extremidade de descarga dos sólidos está selada pelos próprios sólidos.

A velocidade diferencial da centrífuga controla o tempo de retenção dos sólidos; quanto mais tempo os sólidos ficarem sob a força da gravidade, mais secos eles ficarão no processo de desidratação.

Centrífugas decantadoras para espessamento e desidratação de lodo

O custo do armazenamento, transporte e destinação final ou descarte de biossólidos pode impactar significativamente a escolha de centrífugas decantadoras para realizar as funções de espessamento ou desidratação. De modo geral, o espessamento do lodo antes da desidratação reduz o volume necessário para armazenamento, removendo água; a desidratação, por sua vez, remove mais água, produzindo um material mais seco (fonte: EPA - Centrifuge Thickening and Dewatering of Biosolids).

Segundo o ScienceDirect, o espessamento de lodo geralmente produz concentrações de sólidos no lodo na faixa de 3% a 7%, o que resulta em uma redução de volume de 80%. Diversos fatores determinam se um sistema de espessamento de lodo é suficiente no tratamento de biossólidos. Entre eles:

Tipos de Lodo

Lodo Ativado Residual (LAR) / Lodo Secundário – (0,8-1,3% TS)

Possui separação natural de água livre (flocos) e é facilmente solidificável.

Pouco ou nenhum polímero é necessário. (*)(**)

* As centrífugas decantadoras tradicionais usadas para espessamento de lodo podem funcionar com pouco ou nenhum polímero, mas exigem maior consumo de energia ou têm capacidade limitada. Outras tecnologias de espessamento (tambor rotativo, correia gravitacional, DAF) precisam de polímero para atingir uma concentração de sólidos de 4 a 5%. **O Espessador de Lodo SHENZHOU atingirá uma concentração de sólidos de 4 a 5% sem o uso de polímero, com 50% menos consumo de energia e maior capacidade em comparação com as centrífugas decantadoras tradicionais.

Lodo primário - (1,5-5% TS)

Os sólidos são pesados ​​e sedimentáveis, mas carregados de material coloidal (turvos).

Partículas finas difíceis de remover

Geralmente é necessário polímero.

Lodo digerido – (1,5-3% TS)

Não é facilmente configurável;

Geralmente é necessário polímero.

Custos de transporte baseados em tonelagem

Requisitos de concentração percentual de sólidos em aterros sanitários

Se o lodo pode ser descartado em uma lagoa de lodo.

O espessamento do lodo utilizando uma centrífuga decantadora antes do processo de digestão reduz o tamanho do digestor e pode ser utilizado antes do armazenamento do lodo e da aplicação do líquido no solo. Dependendo da utilização do lodo (aterro sanitário, aplicação no solo ou secagem), quanto mais seco o produto, mais rentável será o seu armazenamento, transporte e descarte.

Desidratação de lodo

A desidratação mecânica com uma centrífuga decantadora pode resultar em uma redução de 95% no volume e uma concentração de sólidos secos entre 15% e 35%, em comparação com uma redução de 80% no volume e uma concentração de sólidos de 3% a 7% em uma operação que utiliza apenas o espessamento do lodo. Ao remover mais água e, consequentemente, produzir um produto de torta mais seco, a desidratação oferece economias significativas nos custos de tratamento, manuseio e descarte.

As vantagens da desidratação incluem o seguinte (fonte: EPA - Ficha informativa sobre tecnologia de biossólidos: espessamento e desidratação por centrifugação):

Reduz o volume, economizando dinheiro com armazenamento e transporte.

Elimina líquidos livres antes do descarte em aterro sanitário.

Reduz a necessidade de combustível caso os resíduos sejam incinerados ou secos por calor.

Elimina o alagamento e o escoamento superficial.

Otimiza a secagem ao ar e diversos processos de estabilização.

Em uma centrífuga de desidratação Centrisys, quanto mais o equipamento opera, mais preciso se torna o ajuste. O controlador da centrífuga não apenas inicia o sistema automaticamente, como também permite que o operador pré-selecione o modo de operação. Uma centrífuga decantadora Centrisys atinge tipicamente 95% de otimização em 45 minutos após o início da operação. O sistema hidráulico de contrapressão Rotodiff® fornece feedback instantâneo (através de uma correlação de pressão) do nível de sólidos na torta com mais precisão do que a observação visual. Uma vez atingida a pressão desejada, o sistema hidráulico de contrapressão Rotodiff mantém o nível de sólidos na torta, mesmo com a variação da concentração da alimentação, através de um controlador proporcional integrado. O operador da planta precisará observar o concentrado ocasionalmente e ajustar o polímero conforme necessário, mas o sistema permanece otimizado com pouquíssima intervenção do operador.

Desempenho do Processo. O lodo municipal e as expectativas de desempenho são difíceis de classificar completamente devido às amplas variações dos diferentes processos, bem como às contribuições domésticas e industriais para a biomassa.

É necessário:

Defina as características do lodo.

Caracterizar os níveis de desempenho ideais esperados no equipamento.

Definições de lodo. Para melhor quantificar o desempenho, é necessário estabelecer limites e qualificar melhor os termos. Todos os tipos de lodo, conforme definidos abaixo, pressupõem que as contribuições industriais sejam inferiores a 20% da concentração final de sólidos desidratados e que sejam empregados processos convencionais de tratamento de efluentes. Presume-se que os aditivos químicos (como o permanganato de potássio usado no controle de odores) não afetem significativamente o condicionamento do lodo.

Primário Bruto:

Presume-se que os sólidos da alimentação provenham do fundo de um decantador primário e, portanto, tenham uma consistência de 2 a 7% em relação aos sólidos totais. Para espessamento antes da digestão anaeróbia ou transporte em caminhão-tanque, especifica-se uma torta com 5 a 10% de consistência em relação aos sólidos totais, com recuperação superior a 95%, e que é facilmente obtida.

Lodo ativado residual:

A maioria dos sólidos da alimentação varia de 0,4 a 2,0% de sólidos totais em suspensão (TSS). O espessamento do lodo sem polímero resulta em uma torta com 4 a 6% de sólidos, para taxas de recuperação de 85 a 90%. O polímero é necessário para níveis de recuperação mais elevados e/ou durante o espessamento, em concentrações de 7 a 10%. A desidratação, incluindo a desidratação de lodos com alto teor de sólidos, geralmente ocorre em níveis de recuperação de 90 a 95%.

Lodo primário/secundário misto bruto:

Geralmente, encontram-se diversas combinações de lodo primário e secundário misturados, com concentrações entre 3 e 6% de sólidos totais em suspensão (TSS). Esta análise pressupõe uma mistura de 50% de cada tipo de lodo. Com o uso de polímeros, os níveis de recuperação costumam ser superiores a 95% em todos os métodos de separação.

Lodo misto digerido anaerobicamente:

Considerando uma mistura de lodo primário e secundário na proporção de 50:50 para o digestor, sólidos totais em suspensão (TSS) na alimentação, geralmente entre 2 e 4%, resultam em especificações de recuperação acima de 95% com o uso de polímero.

Lodo digerido aerobicamente:

Para lodo digerido aerobicamente, geralmente se obtém uma concentração de sólidos totais (TSS) de 1 a 2,5%. Utiliza-se polímero para efetuar separações com recuperação de 90 a 95%.

Glossário de termos usados ​​nesta seção

Qual é a velocidade diferencial de uma centrífuga?

A velocidade diferencial de uma centrífuga é a diferença entre a velocidade do rotor e a velocidade da espiral.

Supondo que a velocidade da cuba seja de 3000 RPM.

Se a espiral estiver girando a 1 RPM de velocidade diferencial, a velocidade da espiral será de 3001.

Se a rolagem estiver atrasada em 1 RPM de velocidade diferencial, a velocidade de rolagem é 2999.

Uma centrífuga decantadora Centrisys tem a capacidade de operar tanto com espiral guia quanto com espiral retardada. Uma espiral guia gira mais rápido que o rotor. Uma espiral retardada gira mais devagar que o rotor. Esse design inovador da espiral prolonga a vida útil dos bicos de descarga, tanto no rotor quanto na espiral. O benefício para nossos clientes é a redução da necessidade de manutenção, já que uma única espiral pode operar tanto com espiral guia quanto retardada.

Por que a velocidade diferencial de uma centrífuga é necessária para a desidratação do lodo?

Considerando que a espiral tenha 15 conjuntos de pás e uma velocidade diferencial de 1, os sólidos que são impulsionados através da centrífuga (da entrada de alimentação até a saída de sólidos) permanecerão na centrífuga por um máximo de 15 minutos sob a ação da força G. O tempo de retenção dos sólidos é determinado pela velocidade diferencial. Quanto mais tempo os sólidos permanecerem na centrífuga, mais secos ficarão. Uma velocidade diferencial menor resulta em uma torta mais seca.

Ao aumentar a velocidade diferencial de 1 RPM para 2 RPM, o tempo de retenção dos sólidos é reduzido pela metade. Assim, em vez de os sólidos permanecerem 15 minutos na centrífuga sob a força G, eles permanecem apenas 7 minutos e meio, resultando teoricamente em uma torta mais úmida, porém com um concentrado mais limpo. Ao dobrar a velocidade diferencial, o volume de sólidos dentro da centrífuga é reduzido pela metade; há mais espaço disponível para clarificação, resultando em um concentrado mais limpo.

A velocidade diferencial de uma centrífuga é vital para a desidratação ao calcular o nível de secura desejado da torta em relação à vazão total da operação crítica. Novamente, uma velocidade diferencial menor significa mais tempo na centrífuga e resulta em uma torta mais seca. Por outro lado, uma velocidade diferencial maior significa menos tempo na centrífuga, um sólido mais úmido, porém um concentrado mais limpo e maior capacidade em galões por minuto (gpm).

Qual a maneira mais rápida de verificar se a velocidade diferencial está configurada corretamente em uma centrífuga decantadora?

O indicador mais rápido de uma velocidade diferencial corretamente ajustada é a limpeza do concentrado. Enquanto o concentrado estiver límpido e limpo, a velocidade diferencial pode ser reduzida para otimizar a secagem dos sólidos da torta.

É impossível ver a secura dos sólidos do bolo, mas é possível observar visualmente a clareza do concentrado e ajustar a velocidade de acordo com o grau de limpeza ou impureza do concentrado durante a otimização. Ao ajustar a velocidade diferencial, se o concentrado ficar sujo ou turvo, isso indica que a velocidade diferencial está muito baixa. Há um excesso de sólidos sendo armazenado na centrífuga, o que resulta em um concentrado turvo e sujo.

Você pode ter notado que a centrífuga não está funcionando como esperado, ou que os sólidos estão muito úmidos, ou ainda que o concentrado está muito turvo. Como mencionado em nosso vídeo "Verificando a Calibração da Velocidade Diferencial", você pode fazer alterações temporárias e verificar a velocidade diferencial sem interromper o processo, seguindo estes passos:

Ligue a centrífuga e coloque o sistema de alimentação no modo manual.

Certifique-se de que a pressão BAR esteja baixa, abaixo de 20 BAR.

Acesse a página de controle de curvas no painel de controle.

Selecione Delta N e insira um valor maior, pressione Enter.

Certifique-se de que o valor inserido seja aceito.

O diferencial real deve mudar para o valor definido em 30 segundos.

Defina o valor de volta para uma RPM.

Certifique-se de que a velocidade diferencial mude para o valor definido (uma pequena variação, como 0,5 RPM, é aceitável).

Isso confirma que a válvula de controle e o sistema hidráulico estão respondendo.

Se a rotação real não responder, a centrífuga precisará ser recalibrada.

Redefinir o valor Delta N para a configuração original.

Entre em contato com a Centrisys caso tenha alguma dúvida sobre a recalibração da velocidade da sua centrífuga.

A importância do balanceamento de uma centrífuga decantadora em velocidade operacional.

Assim como a velocidade diferencial de uma centrífuga precisa ser recalibrada se estiver operando fora de seus parâmetros normais, o rotor e a espiral de uma centrífuga também precisam ser rebalanceados sob certas condições. Esta seção abordará os detalhes do balanceamento de uma centrífuga e a importância de realizar o balanceamento na velocidade operacional.

Por que equilibrar uma centrífuga decantadora?

Uma centrífuga decantadora desbalanceada é como ter pneus de carro desbalanceados. Quando um pneu está desbalanceado, ele quica na estrada, o que resulta em múltiplos problemas de desempenho, envolvendo direção, velocidade, segurança e desgaste prematuro das peças. Subestimar a importância do balanceamento preciso da centrífuga é um grande erro. Vibrações intensas causam danos e desgaste prematuros às peças e componentes estruturais da centrífuga, gerando custos de reparo mais elevados e tempo de inatividade desnecessário do processo.

Quando se deve balancear uma centrífuga decantadora?

O balanceamento da centrífuga decantadora deve ser realizado após um reparo ou reconstrução importante, entre 15.000 e 20.000 horas de operação, ou sempre que houver ruído e vibração excessivos durante o funcionamento.

Quais componentes de uma centrífuga decantadora precisam ser balanceados?

Normalmente, o rotor e a espiral da centrífuga são balanceados. Cada um é balanceado separadamente. Em seguida, são balanceados e testados em conjunto para garantir que funcionem corretamente e estejam dentro das especificações operacionais exigidas.

Onde e como deve ser balanceada uma centrífuga decantadora?

É importante equilibrar uma centrífuga na velocidade de operação. As centrífugas podem funcionar a velocidades muito altas: de 2000 a 4000 vezes a velocidade da gravidade (o que é conhecido como força G). A única maneira de equilibrar com precisão o rotor e a espiral de uma centrífuga é equilibrá-los em suas velocidades normais de operação.

Como você pode imaginar, balancear equipamentos em alta velocidade não é aconselhável sem a devida proteção e os protocolos adequados. É por isso que, na Centrisys, criamos uma abordagem inovadora com nosso moderno bunker de balanceamento.

As centrífugas enviadas à Centrisys para reparo ou reconstrução e que posteriormente necessitam de balanceamento são submetidas a esse processo em nosso Bunker de Balanceamento de Centrífugas. Este espaço dedicado oferece a segurança e a proteção necessárias aos funcionários e clientes que acompanham a operação. Além de reduzir o ruído durante o balanceamento em alta velocidade, proporciona um nível de segurança essencial para nossos operadores e técnicos de serviço.

Além da segurança da nossa equipe, o poço de balanceamento da centrífuga tem 4 metros de profundidade, 6 metros de largura e 12 metros de comprimento. Dezesseis caminhões de concreto foram usados ​​para construir o poço, garantindo a base mais resistente possível. Dois guindastes de 15 toneladas movimentam os rotores e as espirais da centrífuga para dentro e para fora do poço. Um teto retrátil de aço e concreto protege o poço quando a centrífuga está em operação.

A máquina de balanceamento Schenck HM7U consegue balancear centrífugas com diâmetro de 44 polegadas ou maior, mesmo em velocidades operacionais mais altas, e suporta rotores maiores e mais pesados. A criação deste moderno centro de balanceamento é o passo natural para a fabricação e manutenção da próxima geração de centrífugas.

Os clientes que não desejarem estar presentes em nossas instalações para o balanceamento podem receber as leituras de balanceamento diretamente em casa, através de uma interface web.

O balanceamento preciso da centrífuga, em velocidade igual ou superior à operacional, é o primeiro passo crítico para a execução de um programa de manutenção preventiva bem planejado. Isso manterá a centrífuga decantadora funcionando sem problemas e minimizará reparos e tempo de inatividade desnecessário.