Una centrífuga de fangos de depuradora es un equipo destinado a separar las fases sólida y líquida de los lodos generados durante el tratamiento de aguas residuales mediante la fuerza centrífuga. Su objetivo principal es reducir el contenido de agua del fango, disminuir su volumen y obtener un residuo más seco, estable y fácil de transportar, almacenar, valorizar o eliminar.
La centrífuga decantadora realiza una separación continua en un tambor cilíndrico horizontal equipado con un tornillo transportador. El líquido clarificado sale por un extremo y los sólidos compactados, conocidos como torta de fango, se evacuan por el extremo opuesto.
Qué significa centrífuga de fangos de depuradora
Los procesos de depuración de aguas residuales urbanas consisten en un conjunto de procesos destinados a retirar la fracción contaminante del caudal de agua bruta. La contaminación del agua se debe, principalmente, a la alta concentración de materia orgánica y sólidos en suspensión presentes en el agua de saneamiento.
De este tratamiento resultan dos efluentes principales: El agua depurada para riego o devuelta al cauce del río. El fango con un alto contenido en materia orgánica y otros tipos de sustancias inorgánicas.
Dentro de una estación depuradora de aguas residuales (EDAR) se suelen distinguir dos grandes líneas:
- Línea de agua: es el conjunto de los procesos (primarios, secundarios, etc.) que depuran el agua propiamente dicha.
- Línea de fangos: está formada por el conjunto de procesos a los que se somete a los fangos (lodos) que se han producido en la línea de agua.
Estos fangos acabarán siendo incinerados, usados como abono o depositados en un vertedero. El fango tratado acabará en unos de estos destinos: Compostaje y posterior empleo como fertilizante. Eliminación en vertedero controlado. Valorización energética.
En cualquiera de estos casos el paso previo será la separación de las fracciones sólida y líquida (debido a que presentan un volumen importante y sus características mecánicas dificultan su manejo y disposición final). Por tanto su tratamiento se basa fundamentalmente en la reducción de volumen mediante eliminación del agua.
Para qué sirve una centrífuga de fangos
El objetivo principal de la deshidratación de fangos es la reducción de volumen, y consecuentemente, la reducción del coste en la explotación debido a la reducción del coste de almacenamiento, transporte y gestión ambiental.
El objetivo del centrifugado de lodos o de cualquier sistema mecánico es incrementar el porcentaje de materia seca, reducir volumen y costes de transporte y facilitar almacenamiento y gestión final.
Cuanto más seco esté el lodo, menos espacio ocupará y menos pesará, lo que se traduce en un gran ahorro en los costes de transporte y eliminación, al tiempo que ayuda a cumplir los requisitos medioambientales.
El fluido en el fango ocasiona múltiples problemas en el transporte y obliga a emplear medios completamente estancos, lo que puede incrementar el coste del transporte hasta su destino final (agricultura, vertedero,…).
Importancia de la deshidratación en una EDAR
La deshidratación de fangos es un proceso fundamental en este tipo de tratamientos. El tratamiento de fangos en las estaciones depuradoras de aguas residuales (EDARs) tiene un impacto muy significativo en las condiciones económicas y operativas de cualquier estación depuradora de aguas residuales.
Reducir al máximo el volumen de fango de una EDAR es uno de los grandes objetivos de un Jefe de planta de una EDAR. Cuanto menor sea la cantidad de fango, menor será la cantidad del coste de la gestión de este residuo. Por tanto, mayor será la rentabilidad de la operación total del tratamiento de agua residual.
La deshidratación de lodos es una de las etapas con mayor impacto económico en la explotación de una depuradora industrial. Reducir el volumen de lodo significa reducir transporte, manipulación y coste de gestor.
La deshidratación de lodos de depuración ofrece un enorme potencial de ahorro para las empresas de depuración; los costes de transporte y eliminación de desechos de las aguas residuales deshidratadas representan a menudo el 80 % de los costes de explotación.
Diferencia entre espesamiento, deshidratación y secado
Para reducir el volumen de fangos existen tres grandes tipos de procesos, según la sequedad final deseada:
| Proceso | Descripción |
|---|---|
| Espesamiento | Las técnicas más habituales se realizan mediante decantación, flotación o eliminación de agua. |
| Deshidratación | Se emplean dos técnicas: filtración o centrifugación. |
| Secado | Las técnicas más habituales son: el secado solar y el secado térmico. |
El espesamiento es casi obligatorio dada la baja concentración de fangos obtenida a la salida de la línea de tratamiento de agua. Tras esta etapa, los fangos siguen estando líquidos, lo que impide su gestión ya que gotean durante el transporte.
En la deshidratación, la energía aplicada sobre el fango no permite extraer más que el agua libre y una pequeña cantidad de agua ligada a las partículas de los materiales en suspensión. La deshidratación necesita a menudo un acondicionamiento previo mediante aporte de reactivos de coagulación/floculación.
En el secado, el proceso extrae una gran parte, incluso la totalidad del agua ligada a las partículas y por tanto permite obtener sequedades muy elevadas. Los rendimientos son muy diferentes, y el criterio de selección depende del tiempo y de la energía de aporte (coste).
Cómo funciona una centrífuga decantadora
La separación se realiza en un recipiente cilíndrico horizontal equipado con un transportador de tornillo. La alimentación entra en la cuba a través de un tubo de entrada estacionario y es acelerada suavemente por un distribuidor de entrada.
El fango acondicionado se introduce en el equipo. Un distribuidor giratorio reparte el fango hacia la periferia y lo impulsa en el espacio anular entre la cubeta y el tornillo.
La fuerza centrífuga que resulta de la rotación causa sedimentación de los sólidos en la pared de la cubeta. El transportador gira en la misma dirección que la cubeta, pero un poco más lento, moviendo así los sólidos hacia el extremo cónico de la cubeta.
Por el efecto de la fuerza centrífuga, las partículas pesadas decantan y se depositan contra la pared interior de la cubeta. El tornillo transportador raspa las partículas y las envía en continuo hacia la parte cónica.
El tornillo gira ligeramente más rápido que el recipiente (velocidad diferencial) gracias a un reductor. Los sedimentos compactados en el cono son evacuados por un extremo y recogidos en una tolva de descarga.
La alimentación continua empuja el líquido que se evacua hacia la zona de recogida de efluentes mediante colectores regulables. La torta sale de la cubeta a través de las aberturas de descarga de sólidos.
Separación sólido-líquido mediante fuerza centrífuga
El efecto que se consigue con la incorporación de la centrífuga en el tratamiento de lodos no es, ni más ni menos, que una decantación y clarificación acelerada aprovechando la fuerza centrífuga, de ahí que reciban el nombre de decantantadores centrífugos (decanter) y clarificadoras o separadoras centrífugas según el objetivo que persigamos.
En definitiva, el resultado en cuanto a la separación del sólido/líquido del fango es el mismo que obtendríamos en un tanque decantador, con la gran diferencia de que la velocidad de decantación se ve incrementada varias miles de veces por la fuerza centrifuga generada por la velocidad de rotación de un tambor central.
La separación se produce en un tambor que gira a gran velocidad en el que se aprovechan las diferentes densidades de los componentes del fango para que la fuerza centrífuga actúe sobre esas partículas, haciendo que las más densas se estrellen contra la pared del tambor y sean forzadas a avanzar por medio de un tornillo sinfín hacia un extremo troncocónico provisto de unas toberas por donde se evacúa la fase sólida.
Al mismo tiempo, debido a la presión ejercida por los sólidos hacia la salida, se genera un flujo del líquido en sentido contrario al del la fase sólida, hasta encontrar la salida en el extremo opuesto.
Componentes principales
- Tambor o cubeta: recipiente que gira a gran velocidad y genera la fuerza centrífuga.
- Tornillo transportador: desplaza los sólidos sedimentados hacia el extremo cónico.
- Distribuidor de entrada: reparte y acelera suavemente el fango dentro de la cuba.
- Reductor: permite establecer la velocidad diferencial entre el tornillo y el recipiente.
- Zona cónica: compacta los sedimentos antes de su descarga.
- Salidas de sólidos y líquido: permiten evacuar de forma separada la torta de fango y el centrado.
- Carcasa: sirve de protección contra la rotación a gran velocidad del recipiente.
- Bastidor y amortiguadores: toda la máquina reposa sobre un bastidor de lastre que a su vez reposa en el suelo mediante amortiguadores potentes.
Fases que separa una centrífuga
La centrífuga decantadora convencional separa el fango en dos fases:
- Fase sólida: torta de lodo o sedimento compactado.
- Fase líquida: centrado o agua clarificada.
Los fangos mixtos urbanos se pueden separar en dos fases distintas (un líquido sobrenadante clarificado y un sedimento homogéneo) mediante la aplicación de una fuerza centrífuga, por tanto, sin la barrera de un medio filtrante como con los filtros banda y los filtros prensa.
Centrífugas bifásicas y trifásicas
Una variante del decantador centrífugo de dos fase, como el descrito en el párrafo anterior, es el decantador centrífugo de tres fases, también llamadas centrífugas trifásicas. En este caso, la salida de la fase líquida se divide a su vez en dos fases líquidas con dos densidades diferentes.
Los equipos de centrifugación trifásica separan de la corriente de lodos inicial 3 fases: Sólido, líquido e hidrocarburo. Los equipos de centrifugación bifásica separan del lodo las fases líquidas y sólidas.
El uso de centrífugas trifásicas en el tratamiento de lodos está recomendado cuando las concentraciones de sólidos no son muy altas y la fase líquida es una mezcla de líquidos con diferencia de densidades susceptibles de ser separados.
Un ejemplo típico es el de los lodos aceitosos, donde se puede recuperar el agua y el aceite, por una parte, y el sólido seco por otra.
Acondicionamiento del fango antes de centrifugar
La adición de polímero para acondicionar el fango es indispensable para obtener una buena separación sólido-líquido. El acondicionamiento es necesario puesto que los fangos contenidos en las aguas residuales urbanas y de gran parte de las industriales presentan una estructura coloidal que dificulta su filtrado.
El objetivo de esta etapa es favorecer la deshidratación del fango. Normalmente se realiza un acondicionamiento de tipo químico como paso previo a la deshidratación.
Esta etapa consiste en añadir polielectrolitos previamente a la entrada de deshidratación. Estos polielectrolitos rompen la estructura coloidal y forman una granular, lo que facilitará la deshidratación del fango a tratar.
La cantidad de polielectrolito varía en función de la tecnología y de las características químicas del fango. La sequedad depende más del polímero y su preparación que de la tecnología en sí.
Preparación y dosificación del polielectrolito
Un aspecto importante en la deshidratación de fangos es la adición de floculantes. En este sentido el polielectrolito, tanto anionico como cationico, es el mejor reactivo.
- Equipo de preparación de polielectrolito en polvo: Son máquinas diseñadas para la preparación automática y en continuo de la solución de polielectrolito partiendo de polielectrolito en polvo y agua.
- Equipo de preparación de polielectrolito líquido: Este equipo tiene un funcionamiento similar al anterior, pero está previsto para la alimentación de polielectrolito líquido desde depositos.
- Equipo dual de polielectrolito en EDAR: Equipo preparado para el funcionamiento tanto con polielectrolito en polvo como con polielectrolito en emulsión.
Las ventajas de emplear equipos de polielectrolito en EDAR son:
- Precisión en la preparación y dosificación optimizando los procesos.
- Capacidad de regular de forma precisa y completamente automática el aporte de reactivo dependiendo del caudal de entrada de agua.
- Ahorro de reactivo químico, es decir, de polielectrolito para EDAR.
- Menor necesidad de espacio.
Ventajas de la centrífuga de fangos
La centrífuga permite una separación eficiente y continua de sólidos y líquidos, por lo que resulta adecuada para plantas con caudales elevados y necesidades de funcionamiento estable.
- Funcionamiento continuo.
- Buena capacidad de tratamiento.
- Alta velocidad de procesamiento.
- Separación eficiente de sólidos y líquidos.
- Compactación de sólidos.
- Reducción significativa del volumen de lodos.
- Disminución de costes de transporte y gestión.
- Menor impacto ambiental.
- Mayor eficiencia en la operación de la planta.
- Operación automatizada.
- Posibilidad de instalación en un espacio reducido.
Las centrífugas de espesamiento y deshidratación de lodos son capaces de manejar una amplia gama de caudales. Diseñadas para tratar eficazmente los lodos de las aguas residuales, son sencillas de instalar, fáciles de mantener y de funcionamiento sencillo.
La centrifugación de lodos «in-situ» permite recuperar el agua para su posterior reutilización. La reducción de costes al transportar únicamente el residuo seco suponen un beneficio económico al cliente.
Limitaciones y requisitos de funcionamiento
Los inconvenientes de este tipo de maquinaria son:
- Uso de gran cantidad de polímero.
- Consumo energético elevado.
- Ruido elevado.
- Mantenimiento especializado.
- Mayor complejidad mecánica.
- Necesidad de mantenimiento especializado.
- Mayor probabilidad de paros operacionales.
La centrífuga puede necesitar mantenimiento regular debido al desgaste de los componentes mecánicos. La selección del polímero, su preparación y el ajuste operativo influyen directamente en el rendimiento de separación.
Una centrífuga funciona mejor con lodos con alto contenido de sólidos y baja viscosidad. Antes de tomar una decisión, es importante comprender si una centrífuga es adecuada para las necesidades y aplicación específicas.
Primero, deberá considerar las características de su lodo, como el contenido de sólidos, la distribución del tamaño de partícula y la densidad. A continuación, deberá determinar el rendimiento de deshidratación requerido.
Sequedad obtenida y factores que la determinan
La sequedad obtenida se sitúa entre los rendimientos de filtro banda y los de un filtro prensa. La eficacia real depende de las características del fango, la concentración de sólidos, la dosificación de polímero, la velocidad del tambor y la velocidad diferencial.
Varios factores determinan la eficacia del proceso de deshidratación de lodos mediante centrífuga. El primero es el tipo y la concentración de sólidos en el lodo. Conocer con precisión su composición es esencial para garantizar un rendimiento óptimo.
Otros factores que pueden afectar el proceso incluyen la velocidad y la duración de la centrifugación, así como el diseño de la centrífuga.
Comparación con otras tecnologías de deshidratación
Centrífuga horizontal y tornillo deshidratador
El tornillo deshidratador trabaja mediante presión progresiva sobre el lodo floculado.
El tornillo deshidratador ofrece bajo consumo energético, alta robustez, operación sencilla, mantenimiento simple y alta disponibilidad operativa. Sus limitaciones son la dependencia crítica del polímero y la necesidad de buena preparación del polielectrolito.
En lodos biológicos o mixtos, el tornillo suele ofrecer menor consumo energético y mayor fiabilidad operativa. En varias instalaciones industriales, no se detectaron diferencias significativas de sequedad entre centrífuga y tornillo, mientras que la sequedad dependía más del polímero y su preparación.
En una planta de reciclaje de plástico, el consumo energético de la centrífuga fue aproximadamente 10 veces mayor que el del tornillo, sin diferencias significativas en la sequedad final, condicionada por el polímero y el ajuste.
Filtro prensa
El filtro prensa es un dispositivo de separación sólido-líquido que funciona según el principio de filtración a alta presión mediante un medio filtrante de malla relativamente tupida.
Las materias sólidas se acumulan progresivamente en las cámaras hasta la formación de una torta final compacta. El filtrado se recoge por las ranuras de las placas detrás de las telas filtrantes y se evacua por conductos internos.
La ventaja de esta técnica relativamente antigua reside en la producción de una torta, generalmente de más de un 30% de contenido en materia seca. El rango de sequedad es, por tanto, alto.
El filtro prensa es claramente superior en lodos con alto contenido inorgánico o precipitados minerales, como neutralizaciones con cal o industrias azulejeras.
Sus inconvenientes son el funcionamiento por ciclos, por tanto, discontinuo; la disminución gradual de la velocidad de alimentación durante el ciclo; la asistencia manual inevitable para la liberación de las tortas entre ciclos; la inversión elevada; y la limpieza indispensable de la tela y de las ranuras de evacuación del filtrado.
Filtro banda
El proceso de filtración mediante filtros banda se compone de tres etapas. En la primera, se realiza una floculación para facilitar su decantación y filtrado mediante polímeros sintéticos (polielectrolitos) en unos floculadores con bajo tiempo de retención.
En la segunda, el agua intersticial liberada durante la primera etapa se elimina por drenaje a través de un soporte filtrante. El fango drenado tiene entonces consistencia suficiente para pasar por la etapa de prensado.
En la tercera, el fango está atrapado entre dos telas filtrantes que lo comprimen progresivamente. La eficacia de la deshidratación depende de la presión que se aplique sobre la torta de fango y del tiempo de prensado.
Los filtros banda permiten obtener fango fácilmente manipulable a partir de fangos de tipo orgánico o hidróxidos.
Filtro de vacío
La filtración al vacío es uno de los métodos más usados para deshidratar el fango dado que se puede conseguir una torta de fango tanto crudo como digerido uniformemente deshidratado sean cuales fuesen las condiciones climatológicas.
En esta tecnología, el agua se separa aplicando el vacío a través de un medio poroso que retiene los sólidos y permite al líquido pasar. El acondicionamiento de los fangos húmedos es necesario para conseguir buenos rendimientos con los filtros de vacío.
Aplicaciones de las centrífugas de fangos
Las centrífugas están diseñadas para el proceso de espesamiento y deshidratación de lodos en plantas de tratamiento de aguas residuales municipales e industriales, así como en plantas de agua potable, plantas de residuos sólidos y plantas de biogás.
La tecnología puede utilizarse con lodos generados en procesos físico-químicos y biológicos. También es especialmente eficiente cuando nos encontramos con lodos base aceite o lodos base agua con presencia de hidrocarburos.
- EDAR municipales.
- Plantas industriales.
- ETAP.
- Sistemas de tratamiento primario, secundario y terciario.
- Instalaciones con digestión anaerobia y espesamiento de lodos.
- Industria papelera.
- Industria alimentaria.
- Plantas de reciclaje.
- Tratamiento de lodos aceitosos.
En una depuradora de aguas residuales de una industria papelera se genera una ingente cantidad de lodos que han de ser deshidratados a la mayor sequedad posible para disminuir la logística y transporte de los mismos por un tema operativo además de por el mismo coste de gestión.
La mezcla de lodos primarios (con fibra) + secundarios (biológicos) en una prensa de tornillo o filtro banda reduce mucho la sequedad de los mismos si la proporción de biológicos es grande por lo que el sistema global pierde eficiencia y puede llegar a colapsar.
Una unidad de centrifugación de apoyo para tratar solo los lodos biológicos permitirá un incremento del rendimiento del sistema conjunto haciendo la planta más operativa y disminuyendo los costes operativos en otros ámbitos de la misma.
Tratamiento de lodos in situ
La separación sólido-líquido mediante centrifugación es una buena alternativa cuando el producto a tratar es una mezcla líquida susceptible de ser separada por diferencia de densidades.
Los equipos pueden dar servicio en lugares poco accesibles y en situaciones de falta de vapor de agua gracias a las calderas móviles de las que disponemos. Tienen incorporado su propio equipo de bombeo, una fácil evacuación de lodos y dosificador de polielectrolito autónomo.
- Versatilidad: Su estructura compacta y fácilmente adaptable permite dar servicio en lugares poco accesibles.
- Seguridad: Se minimiza el riesgo de accidentes medioambientales durante el transporte de residuos.
- Ahorro: La reducción de costes al transportar únicamente el residuo seco suponen un beneficio económico al cliente.
- Recuperación del agua: La centrifugación de lodos «in-situ» permite recuperar el agua para su posterior reutilización.
Están perfectamente indicados para tratamientos de emergencias marinas o terrestres donde existen derrames de mezclas liquidas que son susceptibles de separación por densidades.
Objetivos según el destino final del fango
En función de su destino final tenemos más objetivos, que pueden influir en la tecnología seleccionada:
- Reducir el líquido libre: El fluido en el fango ocasiona múltiples problemas en el transporte.
- Reducir la cantidad de hidrocarburos: Si el destino final es la incineración conviene reducir la cantidad de combustible.
- Disminuir el porcentaje de sólidos volátiles: Cuando el destino final es el compostaje los sólidos volátiles generan olores desagradables que conviene reducir o eliminar.
- Obtener un aspecto homogéneo: Si los fangos se van a reutilizar en agricultura se depositarán al aire libre.
Criterios para seleccionar una centrífuga
La elección entre una centrífuga y otra tecnología de deshidratación dependerá de factores como el volumen de tratamiento, el espacio disponible, los requisitos de calidad del lodo deshidratado y los costos operativos asociados.
También es necesario valorar el contenido de sólidos, la distribución del tamaño de partícula, la densidad, la viscosidad, el tipo de lodo, la sequedad requerida, el consumo de polímero, el consumo energético y las necesidades de mantenimiento.
Una centrífuga suele alcanzar un alto grado de deshidratación. Sin embargo, el rendimiento real dependerá de las características del lodo y del modelo específico de centrífuga.
Para lodos biológicos y mixtos, el tornillo deshidratador ofrece mejor equilibrio entre fiabilidad, energía y mantenimiento. La centrífuga para deshidratación de fangos mantiene su presencia histórica, pero pierde competitividad frente al tornillo en muchas aplicaciones industriales.
El filtro prensa es claramente superior en lodos con alto contenido inorgánico. La clave no es solo la máquina, sino la selección del polímero, la correcta preparación del polielectrolito y el ajuste operativo.
Decanter Centrífugo Gratt | Separação 2 fases
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