Deshidratación de Lodos
Deshidratación de Lodos
Deshidratación de Lodos
Deshidratación de lodos
Tabla de Contenido
8-1
Lista de Tablas
Tabla 8-2 Criterios de diseño tanque de alimentación lodos digeridos ................................................. 8-6
8-2
Lista de Figuras
Figura 8-1. Disposición edificio deshidratación y silos de almacenamiento de biosólidos ...................... 8-5
8-3
8.1 Introducción
Luego del tratamiento de las aguas residuales realizado en la PTAR, es necesario tratar y disponer
adecuadamente los subproductos generados en el tren de la línea liquida de la PTAR, para lo cual, se
implementan en la PTAR un tren de tratamiento adicional para el tratamiento de lodos.
Dichos lodos deberán ser espesados, digeridos o estabilizados y por último deshidratados para dar fin al
tren de tratamiento de lodos de la PTAR y posteriormente dar inicio a la disposición y manejo de los
biosólidos resultantes.
En este capítulo se desarrollan los diseños del sistema de deshidratación, el cual es el tercer proceso del
tren de tratamiento de la línea de sólidos. Una vez los lodos ha sido espesados y estabilizados, podrían
pasar a un proceso de disposición o reúso, sin embargo, a este punto los biosólidos tienen un alto
porcentaje de humedad, por lo que se tendrían volúmenes inmanejables de biosólidos y se dificulta su
manipulación. Por esta razón se requiere implementar un sistema en donde se reduzca el contenido de
humedad en los sólidos.
Reducir el contenido de humedad de los lodos digeridos y producir una torta de lodos que sea
apta para su manipulación, transporte y disposición;
Reducir el volumen de los lodos digeridos para reducir el costo de la manipulación, transporte y
disposición de lodos.
Las tecnologías más utilizadas para la deshidratación de lodos son las siguientes:
Centrífugas
Filtros prensa de banda
Filtros prensa de placas
Prensa rotatoria.
En la Fase de Factibilidad se seleccionaron las centrifugas para deshidratar los lodos de la PTAR El
Paraíso.
Las instalaciones que se incluyen en el edificio de deshidratación de la PTAR Cámbulos son las siguientes:
8-4
Fuente: Elaboración Propia
Figura 8-1. Disposición edificio deshidratación y silos de almacenamiento de biosólidos
El objetivo del presente documento es el de describir las bases de diseño utilizadas para los procesos
descritos anteriormente, así como mostrar los cálculos tipo que se utilizaron para chequear el
funcionamiento hidráulico y mecánico de dichos procesos.
8-5
El Edificio de Deshidratación se construirá desde el inicio con el área necesaria para albergar los equipos
necesarios hasta el año 2048. Los elementos mecánicos, eléctricos y de instrumentación se implementarán
en cada una de las fases, es decir que para la Fase 1 se instalarán los elementos necesarios para el
correcto funcionamiento de las centrifugas y durante la Fase 2 se deberán hacer las instalaciones
adicionales. Ver Tabla 8-1
Tabla 8-1 Implementación por fases de la deshidratación
8.2.1.1 Dimensionamiento
Considerando que los biosólidos producidos en la PTAR constituyen un material con olores y de difícil
manejo es claro que este sistema no puede fallar dentro de la PTAR, por lo que, se proyecta un tanque de
almacenamiento que permita cumplir con los criterios que se presentan en la Tabla 8-2.
Tabla 8-2 Criterios de diseño tanque de alimentación lodos digeridos
Parámetro Unidades Valor
TRH caudal promedio Horas 20
TRH caudal máximo mensual Horas 16
Contenido de sólidos % 3,5
Tiempo de operación del mezclador Horas 24
Teniendo en cuenta los criterios de diseño de la Tabla 8-2 a continuación se presenta el dimensionamiento
final de cada uno de los tanques de alimentación. Adicionalmente, es importante tener en cuenta que cada
uno de los tanques deberá contar con mezcladores verticales que permitan mantener los sólidos en
suspensión, los cuales requieren una potencia neta de 12-16 W/m3 (WEF, 2010. Design of Municipal
Wastewater Treatment Plants. Pág 14-123).
Tabla 8-3 Dimensionamiento tanque de alimentación lodos digeridos
Parámetro Unidades Valor
Número de tanques Und 2
Ancho m 6,25
Largo m 7,0
Altura útil m 4,8
Volumen útil unitario m3 210
8-6
Volumen útil total m3 420
TRH real – caudal mm 2035 Horas 17,6
TRH real – caudal mm 2048 Horas 15,5
Número de mezcladores por tanque und 1
Potencia nominal del mezclador kW 2,5-3,4
Los tanques de almacenamiento del edificio de deshidratación deben estar en capacidad de operar 24
horas. Cada uno de estos tanques deben estar provistos de al menos un sistema de mezcla que evite la
sedimentación en el tanque y garantice una mezcla homogénea de los lodos digeridos.
Mezclador sumergible
Sumidero de profundidad
Válvula de fondo
Escalera de acceso
Variadores de frecuencia
Sensor de nivel
El control del tanque será administrado por el sistema de bombeo de lodos digeridos, este operará de
acuerdo con las necesidades de evacuación de lodos de los digestores anaerobios. Cada tanque será
provisto de un sensor de nivel que permita enviar información a las bombas que lo alimentan y a las
bombas que succionan fluido del mismo para evitar reboses o succiones en seco.
Las centrifugas para la deshidratación de lodos son dispositivos mecánicos/eléctricos sofisticados. Para el
caso de la PTAR El Paraíso, las centrífugas de deshidratación recibirán el lodo estabilizado resultante de
la digestión, bajo este escenario de operación se consideran las cargas volumétricas y másicas asociadas
con la operación del proceso de digestión anaerobia. El biosólido deshidratado del tren de lodos propuesto
puede ser considerado como un biosólido Clase B que puede ser usado para aprovechamiento en suelos
bajo las condiciones de regulación apropiadas, o puede ser enviado a algún proceso que permita la
eliminación adicional de patógenos, como el compostaje, y así convertirlo en un biosólido Clase A.
8.2.2.1 Dimensionamiento
8-7
La operación y desempeño optimizado del proceso de deshidratación de lodos requiere que los
equipos sean monitoreados y ajustados.
Los requisitos de redundancia que se proponen relacionados con la deshidratación de lodos se basan en
N+1.
Se requiere como mínimo que los lodos tengan para su disposición una concentración de sólidos
del 23%;
Los biosólidos deberán ser tratados de manera que puedan ser clasificados como Clase B.
Las características de los lodos digeridos a deshidratar se presentan en la Tabla 8-4, estos fueron
calculados mediante el balance de masas realizado a partir de los resultados del Modelo BioWin.
Tabla 8-4 Producción y características de lodos a deshidratar
Cabe resaltar que el caudal de diseño de la línea de lodos y por ende del sistema de espesamiento es el
caudal máximo mensual.
Criterios Valor
8-8
Régimen de operación Continuo
Las centrífugas se diseñan utilizando las cargas de sólidos establecidos por el fabricante de la tecnología,
o mediante pruebas piloto.
En la Tabla 8-6 se muestran los resultados de los diferentes escenarios operativos de la deshidratación y
en la tabla 0 los resultados para los diferentes caudales de lodo deshidratado para las dos Fases de diseño
de la PTAR, 2035 y 2048.
Tabla 8-6 Características de operación de las centrífugas
Tiempo de operación requerido por día, horas 9,62 12,72 5,58 7,39
8-9
Los tiempos de operación mostrados en la tabla anterior corresponden a una operación continua durante
los siete días de la semana. Es importante mencionar que de considerarlo necesario, AyA podrá operar la
deshidratación sólo 5 o 6 días a la semana con el fin de controlar la generación de biosólidos
incrementando las horas de operación de las centrífugas sin generar problemas operativos en la
deshidratación. Es ideal que el proceso de deshidratación opere entre 6 y 16 horas de acuerdo a las cargas
y caudales de lodos digeridos.
Tabla 8-7 Características del lodo deshidratado
Finalmente, de acuerdo con los requerimientos de diseño se definen las especificaciones mínimas que
debe cumplir el sistema de centrifugas, en la Tabla 8-8 se presentan los valores.
Tabla 8-8 Especificaciones de las centrífugas
Parámetro Valor
En la primera etapa de la PTAR se requiere de un total de 2 centrífugas para la deshidratación de los lodos
digeridos, una de las cuales estará como unidad de reserva. A partir del 2048 se requiere un total de tres
(3). Esta selección está basada en las horas de operación que se muestran en la Tabla 8-6.
8-10
El sistema de deshidratación requiere de una serie de componentes para su correcta operación, como son:
8-11
Los componentes del sistema de deshidratación propuesto para la PTAR El Paraíso son:
Las centrífugas, deben incluir como mínimo los siguientes componentes o sistemas:
La deshidratación del lodo utilizando centrífugas tiene las siguientes consideraciones operativas:
Las características de diseño del sistema de dosificación de polímeros, se realiza a partir de la tasa de
consumo de polímero, la cual se estima en aproximadamente 8 g de polímero por cada kg de lodo digerido.
8.2.3.2 Dimensionamiento
8-12
Para el año 2048, como se presentó en la Tabla 8-4, se tiene un flujo másico diario de SST en el lodo
digerido de 22.169 Kg/día. Tomando una tasa de consumo de espesamiento de 8 g/Kg, se encuentra un
consumo de polímero de:
8 𝑔⁄𝐾𝑔 𝑥 22.169 𝐾𝑔/𝑑í𝑎
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑝𝑜𝑙í𝑚𝑒𝑟𝑜 = = 177 𝐾𝑔/𝑑í𝑎
1000
Sin embargo, la concentración mínima del polímero pudiera ser de 0,2%, por lo tanto, el caudal diario de
polímero necesario para el proceso de espesamiento es de:
𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑝𝑜𝑙í𝑚𝑒𝑟𝑜 177 𝐾𝑔/𝑑í𝑎
𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑝𝑜𝑙í𝑚𝑒𝑟𝑜 = 𝑥 0,001 = 𝑥 0,001 = 88,7 𝑚3 /𝑑í𝑎
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 0,2%
Por último, para calcular el caudal en litros por hora se tiene en cuenta el tiempo de operación de la
máquina:
𝑚3 𝑚3
𝑙 𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑝𝑜𝑙í𝑚𝑒𝑟𝑜 ( ) 𝑥 1.000 88,7 𝑥1.000
𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑝𝑜𝑙í𝑚𝑒𝑟𝑜 ( ) = 𝑑í𝑎 = 𝑑í𝑎 = 12.000 𝑙/ℎ
ℎ ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑎𝑙 𝑑í𝑎 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
7,4
𝑑í𝑎
En la siguiente tabla se muestran los resultados obtenidos al aplicar la metodología descrita anteriormente
a todos los tipos de lodo a espesar y los diferentes caudales de diseño
Tabla 8-9 Criterios de Diseño de la Dosificación de Polímeros
Requerimiento de Polímero de la
AA-2035 MM-2035 AA-2048 MM-2048
Deshidratación
El paquete de preparación de polímeros debe incluir todos los componentes necesarios para el empaque-
carga del polímero seco, dosificación del polímero seco, un atomizador y dispositivo de humedecimiento
del polímero, un tanque de preparación/mezclado con mezclador, transferencia de polímero en lotes, un
tanque de almacenamiento/alimentación de la solución del polímero, todos los controles de nivel,
temporizadores, encendedores magnéticos del motor y accesorios eléctricos, controles de suministro de
agua y paneles de control para el control totalmente automático o manual del sistema completo. Ver Figura
8-3
8-13
8.2.3.3 Configuración y componentes
Cada unidad de preparación de polímero en polvo tiene una capacidad de 6.000 litros por hora para un
total de 12.000 litros por hora, con un tiempo promedio de maduración de 60 minutos para una
concentración mínima de 0,2%, incluye los siguientes elementos:
Tres compartimientos
Tres agitadores, dosificador de polvo con tolva
Panel de control con PLC.
Alimentación eléctrica 440 V/60 Hz.
Transductor presión agua 4-20mA.
Reductor de presión de agua de alimentación.
Válvula de agua actuada neumática o eléctricamente.
Paquete de dilución y dosificación de polímero con capacidad de 6.000 litros por hora de
polímero diluido e incluye línea de carga de agua con válvula manual, filtro, válvula solenoide,
medidor de flujo para agua de dilución, mezclador estático.
Bomba dosificadora de polímero con capacidad de 6.000 litros por hora y motor con variador de
frecuencia.
Fuente: Prominent
Figura 8-3. Equipo de dosificación de polímeros
Tolva/Alimentador de Almacenamiento
El alimentador del polímero seco debe ser de tipo volumétrico, con doble tornillo o un solo tornillo con
agitación de diafragma con pulsación proporcional a la tasa de alimentación o de la tolva/vibrador del
alimentador.
El alimentador se controla por medio de un temporizador de ciclos repetitivos, con un ajuste de 0.2 a 6
minutos y con una precisión del dos por ciento.
8-14
Bombas de polímeros líquidos concentrados
Las bombas de alimentación de polímero líquido serán independientes para cada centrifuga. Son de
cavidad progresiva con una transmisión por medio de un motor con velocidad constante con transmisión
de bandas. Cada bomba deberá ser capaz de bombear el polímero líquido hasta 20,000 cP contra una
carga hidráulica mínima de 6 bares. La bomba deberá ser de máximo 600 revoluciones por minuto para
prevenir el corte del grumo de polímero formado.
El alimentador del polímero seco se ajusta para que el polímero este en contacto con la solución del agua
para que las partículas estén finamente divididas de tipo espray. El sistema de transferencia debe incluir
un atomizador de polímero y una cámara de humedecimiento.
Esta cámara debe tener una boquilla de mezclado para humedecer completamente el polímero seco a
medida que se transporta por el sistema de atomización. El polímero húmedo deberá caer en el tanque de
mezclado por gravedad.
El sistema de alimentación y humedecimiento debe tener el suministro de agua que incluye un calibrador
de presión, un interruptor de presión para el apagado automático en el evento de falla de suministro de
agua, una o más válvulas solenoides para el control automático del agua, y una placa de orificio o
dispositivo similar para la división del flujo. La presión disponible en la cámara de humedecimiento será de
3,5 bar mínimo, y una temperatura de 12 a 18 grados C.
El sistema debe incluir dos tanques: un tanque de mezclado y un tanque de maduración. Los tanques
deberán tener capacidades no inferiores a 1,7 m3 para los sistemas de preparación de polímero. El sistema
debe tener un tiempo mínimo de maduración para el polímero diluido de al menos 0,75 horas cuando la
alimentación esté en su mayor tasa.
El tanque de mezclador deberá ser construido de acero inoxidable y su mezclado no debe superar las 400
revoluciones por minuto.
Parámetro Valor
8-15
Tipo de polímero Catiónico
La filosofía de control para la preparación y dosificación de polímero estará en función del sistema de
deshidratación de lodo digerido, en donde se tiene las siguientes consideraciones:
8-16