Una prensa de lodos tipo filtro es un equipo mecánico de deshidratación utilizado en el tratamiento de aguas residuales industriales y en el tratamiento de lodos para separar los sólidos de los líquidos y reducir el contenido de agua en los lodos. Los filtros prensa funcionan según el principio de filtración a presión, en el que los sólidos se retienen y deshidratan presionando el material contra una placa o tela filtrante.
Esta tecnología es especialmente adecuada cuando se necesita obtener una torta de lodo con alta concentración de sólidos, reducir el volumen de residuos y facilitar su transporte, almacenamiento, eliminación o procesamiento posterior. Los filtros prensa pueden alcanzar mayores grados de deshidratación que otras tecnologías mecánicas, aunque trabajan de forma intermitente y requieren espacio auxiliar para la apertura de las placas, la descarga de la torta y la limpieza.
Qué es una prensa de lodos tipo filtro
Un filtro prensa es un equipo utilizado en procesos industriales para llevar a cabo la separación entre sólidos y líquidos. Se emplea cuando es necesario extraer el contenido sólido de una suspensión, logrando una separación eficaz gracias a un sistema de filtración que actúa bajo presión.
Un filtro prensa es una máquina montada sobre una estructura de soporte que alberga un conjunto de cámaras con telas filtrantes en su interior. El lodo se bombea mediante una bomba, que suele ser neumática para evitar problemas de funcionamiento debido a la gran cantidad de sólidos presentes en el líquido que se va a filtrar.
La filtración es el método más utilizado en el tratamiento de lodos producidos en el tratamiento de las aguas residuales. Puede consistir en el drenaje en lechos de arena o puede ser mecánico por medios de aspiración o en condiciones de alta presión que requieren procedimientos y equipos más sofisticados.
Los filtros prensa funcionan mediante la aplicación de altas condiciones de presión, desde 5 a 15 bares o más. La técnica de prensado es la más extendida a pesar de la operación intermitente y de los altos costes de inversión.
Principio de funcionamiento
El funcionamiento de un filtro prensa se basa en la aplicación de presión para separar los componentes sólidos y líquidos de una mezcla. Esta presión obliga al líquido a atravesar una tela filtrante especialmente diseñada, mientras que las partículas sólidas quedan retenidas y se acumulan en forma de una masa compacta entre las placas del filtro.
El sistema consta de una serie de placas cubiertas con telas filtrantes, que forman cámaras donde se bombea el lodo a presión. A medida que el lodo llena estas cámaras, el líquido pasa a través de la tela y sale de la prensa, mientras que los sólidos permanecen atrás, formando progresivamente lo que se conoce como torta filtrada.
Los filtros prensa se utilizan a menudo en plantas en las que debe alcanzarse una elevada concentración de sólidos, ya que reducen eficazmente el contenido de agua de los lodos y, por tanto, disminuyen los costes de transporte y eliminación.
La combinación de presión y filtración hace que los sólidos permanezcan en las telas filtrantes en forma de torta de filtración, mientras que el agua sale por los poros de las telas y se recoge como filtrado.
Construcción y componentes principales
Placas y cámaras de filtración
Un filtro se compone de una serie de chapas verticales, yuxtapuestas y acopladas. Estas chapas, prensadas entre ellas, cuentan con un sistema hidráulico-neumático que puede ser automático o semiautomático.
Las placas filtrantes forman el bastidor principal de la prensa. Son planas o están equipadas con ranuras especiales que facilitan el drenaje del filtrado. Las placas pueden ser de diversas dimensiones, aunque las más comunes van desde 80 x 80 cm hasta 250 x 250 cm.
La presión aplicada a las zonas unidas de cada filtro debe soportar la presión interna de la cámara que se forma debido a la inyección del lodo mediante una bomba al sistema. Esta disposición de placas verticales forma cámaras de filtración estancas que permiten mecanizar fácilmente la descarga de las pastas.
Las cámaras, que tienen forma cóncava y están enfrentadas entre sí, son los espacios situados entre las placas filtrantes. Actúan como un molde para el lodo que se forma en su interior.
El paquete de placas se mantiene cerrado y sellado a altas presiones mediante la acción de una unidad electrohidráulica que utiliza un pistón central para presurizar el conjunto de cámaras.
Telas filtrantes
Las membranas filtrantes finamente y firmemente malladas se aplican en las dos grandes superficies de estas placas. A través de orificios se alimenta el sistema de lodo que se va a prensar en la cámara de filtración.
Las telas filtrantes son el principal componente de filtración de un filtro prensa, ya que retienen el lodo bombeado hasta alcanzar la concentración de materia seca de diseño.
Estas telas determinan el grado de filtración, la concentración de lodo que se puede obtener, la tolerancia al ensuciamiento y al lavado, así como la resistencia a la abrasión y a la agresividad del medio.
Normalmente están fabricadas con materiales plásticos como polipropileno, poliéster o poliamida. Son permeables al paso del líquido y actúan como filtros que retienen los sólidos suspendidos.
Por tanto, la selección adecuada de las telas, teniendo en cuenta el material, la porosidad y el tejido, es esencial para el funcionamiento correcto y el rendimiento del equipo.
Orificios de alimentación
Los orificios de alimentación están generalmente colocados en el centro de las placas, lo que permite una distribución adecuada del flujo, una presión uniforme y un mejor drenaje del lodo dentro de la cámara.
El lodo en suspensión se introduce en las cámaras a través de un sistema de tuberías. La corriente de lodo líquido entra en las cámaras mediante un colector, desde el cual se deriva la alimentación a cada cámara.
Sistema de cierre hidráulico
El sistema hidráulico comprime las placas entre sí y crea una estructura de cámaras estanca. Este sistema genera la presión necesaria para expulsar el agua del lodo.
El cabezal móvil, accionado por el sistema hidráulico-neumático, cierra las placas cuando el filtro está completamente vacío. La presión de cierre se autorregula durante la filtración.
Sistema de drenaje y colectores
El filtrado se recoge en la parte posterior del soporte de filtración mediante conductos internos. El agua drenada se recoge en el lado opuesto una vez que ha atravesado el sistema de filtración.
Un colector es una parte del sistema de filtración utilizada para separar sólidos de líquidos. En el contexto de un filtro prensa, el colector puede referirse específicamente al sistema o a los componentes que recogen el filtrado después de que la suspensión haya pasado a presión por las placas filtrantes.
El filtrado puede devolverse al ciclo del agua o conducirse al sistema de tratamiento de aguas residuales.
Sistemas de control y automatización
En los filtros prensa modernos suele haber un sistema de control automático que supervisa y controla todo el proceso de filtración. Esto incluye el llenado, la regulación de la presión, la eliminación de la tasa de filtración y la apertura de las placas para descargar la torta de filtración.
Dependiendo del grado de automatización, el equipo puede incorporar sistemas de apertura automática de placas, lavado de telas filtrantes y descarga automática del sólido acumulado.
Cómo funciona una prensa de lodos tipo filtro
El filtro prensa funciona mediante un proceso cíclico que consta de varias etapas. Cada operación de prensado supone el cierre del equipo, el llenado de las cámaras, la filtración, la descarga de la torta y la limpieza necesaria para iniciar un nuevo ciclo.
1. Cierre de la prensa
Cuando el filtro está totalmente vacío, el cabezal móvil activado por el sistema hidráulico-neumático cierra las placas. El paquete de placas queda comprimido y las cámaras de filtración se vuelven estancas.
Las placas y los marcos se alinean y se cierran mediante un sistema hidráulico. El cierre debe garantizar una presión suficiente para evitar fugas durante la alimentación y la filtración.
2. Llenado de las cámaras
Durante esta fase, que es corta, las cámaras se llenan con lodo para su filtración. El tiempo de llenado depende del caudal de la bomba de alimentación.
En la primera fase, el lodo, una mezcla de partículas sólidas y líquido, se bombea a presión a las cámaras del filtro prensa. Las cámaras están formadas por una serie de placas filtrantes revestidas de tela filtrante.
Al entrar el lodo, las partículas sólidas empiezan a acumularse en la tela filtrante, formando una torta, mientras que el líquido, denominado filtrado, pasa a través de la tela y se descarga.
Para un lodo con gran capacidad de filtración es mejor llenar el filtro rápidamente, con el fin de evitar la formación de una pasta en la cámara primaria antes de que se haya rellenado por completo.
El lodo de alimentación debe llenar rápidamente las cámaras para formar tortas uniformes, en un tiempo aproximado de 5 a 6 minutos. Por este motivo, es habitual disponer de bombas de baja presión de apoyo.
3. Filtración y compactación
Una vez llenada la cámara, la llegada continua de lodo que se va a desaguar provoca un aumento de la presión debido a la formación de una capa espesa de lodo sobre las membranas.
A medida que se llenan las cámaras, aumenta la presión dentro del filtro prensa. Esta presión empuja el líquido a través de la tela filtrante, retiene las partículas sólidas y forma una torta cada vez más gruesa.
La eficacia de la filtración depende de factores como la permeabilidad de la tela, la naturaleza del lodo y la presión aplicada.
Los sólidos del lodo se acumulan gradualmente en la cámara de filtración hasta que se genera una pasta compacta final. Las telas filtrantes y el propio lodo acumulado facilitan el aumento de la presión, de la concentración y la formación de las tortas.
La fase de filtración puede detenerse manualmente, mediante un temporizador o mediante un indicador de caudal que activa una alarma de parada cuando se alcanza el final de la capacidad de filtración.
A medida que se forma la torta de lodo, la presión en el interior de las cámaras aumenta hasta alcanzar un punto en el que se vuelve asintótica y la bomba neumática reduce su propio caudal hasta detenerse prácticamente.
4. Lavado de la torta
En determinadas aplicaciones, el lavado de la torta es esencial para eliminar impurezas o recuperar líquidos atrapados.
Durante esta fase se introduce un líquido de lavado a través de las placas filtrantes, limpiando eficazmente la torta y mejorando la pureza tanto de los sólidos como de los líquidos.
El lavado de la torta puede ser necesario cuando el sólido debe alcanzar una determinada pureza o cuando se quiere recuperar una fracción líquida retenida en la torta de filtración.
5. Exprimido de la torta
Para reducir el contenido de humedad de la torta, algunos filtros prensa disponen de una fase de exprimido. Una membrana se infla en el interior de las placas y aplica una presión adicional para expulsar el líquido restante.
Los filtros prensa de membrana están equipados con membranas flexibles que se expanden después de la filtración principal y ejercen una presión adicional sobre la torta de filtración. Esto aumenta la concentración de sólidos y reduce aún más el contenido de agua.
Las placas de membrana instaladas en el sistema pueden alcanzar 16 bar de presión e incrementar la sequedad del lodo entre un 3 y un 8 %.
6. Soplado de la torta y del núcleo
La fase de soplado de la torta consiste en hacer pasar aire comprimido a través de la torta para eliminar el líquido residual y aumentar aún más su sequedad.
Después de detener la bomba de filtración, los circuitos de filtración y los conductos centrales, que todavía están llenos de lodo, reciben aire comprimido para su purgado.
El soplado del núcleo utiliza aire comprimido para eliminar los restos de lodo o suciedad de los canales de alimentación.
El soplado con aire produce una mejora moderada de la sequedad del lodo, normalmente de entre un 1 y un 3 %.
7. Apertura del filtro
Cuando finaliza la filtración, se libera la presión del filtro prensa y las placas filtrantes se separan para descargar la torta de filtración.
El cabezal móvil se retira para desarmar la primera cámara de filtración. La pasta cae por su propio peso y un sistema mecanizado tira de las placas una por una.
La velocidad de separación de las placas puede ajustarse teniendo en cuenta la textura de la pasta. En equipos pequeños, la separación puede realizarse manualmente, mientras que en equipos grandes se utilizan sistemas automáticos superiores o laterales.
8. Descarga de la torta
La torta de filtración cae de las cámaras y puede recogerse para su eliminación o procesamiento posterior.
Una vez completado el ciclo de prensado, la torta de lodo deshidratada se descarga mediante la siguiente secuencia: interrupción de la alimentación, despresurización, apertura del cierre electrohidráulico o mecánico, separación de las placas y caída de las tortas desprendidas por gravedad.
El lodo puede recogerse en una tolva mediante una cinta transportadora, un transportador de tornillo o directamente en un contenedor.
Para mejorar la descarga pueden utilizarse sistemas de sacudida o vibración del paquete de placas abierto, así como soplado con aire comprimido.
Antes de volver a cerrar las placas del filtro prensa, es necesario inspeccionarlas y limpiarlas si es necesario. También es imprescindible comprobar que no queden tortas adheridas total o parcialmente a las placas, para evitar problemas de sellado y fugas de lodo en los ciclos posteriores.
9. Limpieza de las telas
Las telas filtrantes deben limpiarse periódicamente para mantener los poros libres de depósitos de partículas.
La limpieza de las membranas puede llevarse a cabo cada 15 a 30 operaciones del proceso. En unidades largas o medias, esta operación se realiza mediante chorros de agua a alta presión, normalmente de 80 a 100 bar.
La limpieza se sincroniza con la separación de las placas. Algunos filtros prensa disponen de un sistema de enjuague que rocía agua sobre las placas después de cada ciclo.
El lavado de las telas a alta presión permite una limpieza más profunda y suele realizarse una vez al día o cuando es necesario, para eliminar las partículas incrustadas y conservar la eficiencia de las telas.
El mantenimiento de este tipo de filtro es relativamente sencillo, ya que se limita principalmente a mantener limpias las telas asociadas a las placas. Para ello, pueden limpiarse mediante un sistema de lavado de circuito cerrado o desmontarse y limpiarse por separado antes de volver a instalarlas.
Parámetros de funcionamiento y capacidad
La capacidad de producción de un filtro prensa se sitúa entre 1,5 y 10 kg de sólidos por m² de superficie de filtración. Para cada modelo, el volumen de la cámara y la superficie de filtración dependen del número de placas instaladas.
En términos prácticos, el tiempo de prensado suele ser inferior a cuatro horas. El tiempo óptimo depende del tipo y de la filtrabilidad del lodo, de la presión de trabajo, del tipo de tela y de las características de la torta de lodo deshidratada.
El tiempo aproximado para un secado completo puede situarse entre 60 y 120 minutos, distribuidos de la siguiente forma:
| Etapa | Tiempo aproximado |
|---|---|
| Cierre del filtro | 2-5 minutos |
| Filtración | 60-120 minutos |
| Drenaje | 10-15 minutos |
| Apertura y descarga de las tortas | 10-20 minutos |
La filtración depende del espesamiento de la pasta, de la concentración del lodo, de la resistencia específica y del coeficiente de compresibilidad.
Una de las ventajas de los filtros prensa es que pueden aceptar lodos con distinta capacidad de filtración. Es recomendable espesar el lodo antes de la operación de prensado.
Aunque un lodo con gran capacidad de filtración permite alcanzar mayores capacidades de producción, los filtros prensa también aceptan lodos con condiciones poco precisas para su filtrado. Esta tolerancia significa que el sistema presenta condiciones de operabilidad seguras y pocos riesgos.
Presiones de trabajo
La presión óptima depende del tipo de lodo y de su filtrabilidad, por lo que es habitual realizar ensayos de laboratorio para determinar los parámetros básicos de diseño.
Como regla general, la presión óptima es la que permite llenar las cámaras dentro del tiempo de ciclo previsto y alcanzar la sequedad requerida.
| Tipo de lodo | Presión orientativa |
|---|---|
| Lodo biológico | 6-8 bar |
| Lodo fisicoquímico | 7-10 bar |
| Lodo industrial | 8-10 bar |
| Lodo minero | Hasta 15 bar |
Más allá de cierto punto, aumentar la presión ya no mejora la filtración, sino que incrementa el consumo energético y provoca el deterioro de las telas filtrantes.
Cuando se aumenta la sequedad mediante membranas de postprensado, pueden alcanzarse presiones de 16 bar. Los filtros prensa suelen construirse para PN10, PN16 y, en casos especiales, PN25.
Detección del final del ciclo
Para detectar el final del ciclo de un filtro prensa suele utilizarse un criterio combinado que requiere determinados instrumentos y dispositivos automáticos.
- Alcanzar la presión de diseño predeterminada en los ensayos, momento en el que el proceso deja de ser económicamente rentable.
- Reducir el caudal de permeado hasta un valor igual o inferior al 5-10 % del caudal inicial.
- Utilizar un transmisor de presión con alarma en la entrada del paquete de filtración.
- Utilizar un transmisor de caudal con alarma mínima en la salida del permeado.
De los dos parámetros de control, suele prevalecer el control de presión para evitar daños en el conjunto.
Acondicionamiento del lodo
El acondicionamiento del lodo mejora la filtrabilidad, facilita la formación de la torta y puede acelerar el ciclo de deshidratación.
Dependiendo del tipo de sólido que se quiera separar, se dosifica previamente un floculante específico o una lechada de cal en un depósito de lodos.
En algunos casos también se añaden previamente reactivos coagulantes, como Fe(OH)3 o PAC.
Para mejorar la sequedad del lodo y acelerar la filtración en un filtro prensa se utilizan principalmente reactivos de acondicionamiento, cuya aplicación se optimiza mediante ensayos de laboratorio.
La dosis típica suele situarse entre 2 y 10 kg por tonelada de materia seca.
Floculantes
Los floculantes son los reactivos más habituales y están formados por polímeros orgánicos que pueden ser catiónicos, aniónicos o no iónicos.
La floculación permite aglutinar las partículas finas y mejorar la permeabilidad de la torta, facilitando el paso del agua a través de las telas filtrantes.
Coagulantes
Los coagulantes neutralizan la carga de las partículas y mejoran el rendimiento de los floculantes. Los más utilizados son FeCl3, Al2(SO4)3, PAC y FeSO4.
Cal
La cal, en forma de CaO o Ca(OH)2, aumenta la concentración y la filtrabilidad del lodo, lo estabiliza y eleva el pH.
Sus inconvenientes son el aumento de la producción de lodos y su efecto abrasivo. Mientras que el consumo de floculante normalmente no supera los 4 kg por tonelada de materia seca, el consumo de cal puede alcanzar valores del 15 % de la materia seca del lodo.
Materiales auxiliares
La celulosa, las diatomeas y la perlita son materiales especiales utilizados principalmente en aplicaciones de la industria química.
Tipos de filtros prensa
Filtro prensa de cámara
El filtro prensa de cámara es el tipo más utilizado y está formado por una serie de placas que crean cámaras de sólidos para la filtración.
Este tipo es especialmente eficaz en aplicaciones con un alto contenido de sólidos. Las placas filtrantes forman cámaras cerradas y el lodo se deshidrata mediante la presión aplicada sobre las telas.
Filtro prensa de placas y marcos
El filtro prensa de placas y marcos es el tipo más tradicional. Está compuesto por una serie de placas y marcos alternos, con un medio filtrante entre ellos.
Los sólidos se acumulan en las cámaras formadas entre las placas, mientras que el agua atraviesa el medio filtrante y se evacua. Este tipo de filtro prensa es versátil y puede adaptarse a diferentes clases de lodos.
Filtro prensa de membrana
En este tipo de filtro prensa se incorporan membranas elásticas a cada placa. Las membranas se inflan hidráulica o neumáticamente y permiten comprimir más la torta de lodo.
Los filtros prensa de membrana son adecuados para lodos muy húmedos y para aplicaciones en las que se necesita reducir al mínimo la humedad residual.
Filtro prensa automático
Los filtros prensa automáticos están equipados con sistemas automáticos de descarga y limpieza de la torta, lo que simplifica el funcionamiento y reduce el tiempo de operación.
Estos equipos automatizan todo el ciclo de filtración, desde el llenado hasta la descarga del residuo sólido. Incorporan sistemas de apertura automática de placas, lavado de telas filtrantes y descarga automática del sólido acumulado.
Son especialmente recomendables para instalaciones industriales con altas exigencias de producción, grandes volúmenes de tratamiento y necesidad de reducir al mínimo la intervención del operario.
Filtro prensa manual
El filtro prensa manual es el modelo más básico. Todas las operaciones, como el cierre y la apertura de las placas y la retirada del residuo sólido acumulado, deben realizarse manualmente.
Este tipo de filtro se caracteriza por su bajo coste inicial y por su facilidad de mantenimiento, ya que su diseño es sencillo.
Es una solución adecuada para procesos con bajo volumen de producción, usos esporádicos o tareas de laboratorio en las que no se requiere un funcionamiento continuo.
Filtro prensa semiautomático
El filtro prensa semiautomático representa un nivel intermedio de automatización. Integra un sistema hidráulico que facilita el cierre de las placas y el ajuste de la presión necesaria durante el ciclo de trabajo, pero la descarga de los sólidos retenidos continúa realizándose manualmente.
Esta combinación mejora la eficiencia en comparación con los modelos manuales y mantiene una inversión moderada. Es una opción frecuente en plantas con producción media, en las que se necesita mayor agilidad sin automatización completa.
Filtro prensa vertical o de torre
El filtro prensa vertical o de torre es similar al tipo de placas y marcos, pero las placas están dispuestas verticalmente en una torre en lugar de apilarse horizontalmente.
Esta configuración permite aprovechar mejor el espacio y obtener una elevada capacidad de deshidratación en una superficie reducida. Los filtros prensa de torre son adecuados para instalaciones con limitaciones de espacio.
Dimensiones y número de placas
Los tamaños de placa más habituales disponibles en el mercado son los siguientes:
| Tamaño de placa | Aplicación orientativa |
|---|---|
| 470 x 470 mm | Caudales bajos |
| 630 x 630 mm | Pequeñas plantas de tratamiento |
| 800 x 800 mm | Plantas de tamaño medio |
| 1000 x 1000 mm | Industrias y plantas de tratamiento |
| 1200 x 1200 mm | Gran tamaño |
| 1500 x 1500 mm | Grandes instalaciones |
| 2000 x 2000 mm | Industria pesada |
Los espesores de torta más comunes son de 25, 30, 40 y 50 mm.
El número de placas depende del volumen total de los ciclos y se dimensiona para garantizar que el paquete de filtración sea viable. Normalmente puede variar entre 10 y 100 unidades.
Las placas más grandes requieren un número mayor de placas para alcanzar el volumen de cámara necesario en cada ciclo.
Dimensionamiento de un filtro prensa
El cálculo de diseño de un filtro prensa es relativamente sencillo, pero depende de algunos datos básicos y de los resultados de los ensayos de laboratorio.
La cantidad de lodo que se debe filtrar en kilogramos por hora se obtiene a partir del caudal y de la concentración del lodo:
Q (m³/h) × C (kg de materia seca/m³) = CF (kg/h de lodo que se debe filtrar)
A partir del tiempo de ciclo, de la sequedad prevista y de la materia seca final obtenida en los ensayos, se calculan los kilogramos de lodo deshidratado por ciclo.
Con una densidad del lodo determinada mediante ensayos de laboratorio se obtiene el volumen de torta por ciclo:
V (l) = K / D litros de torta
El paquete de filtración se dimensiona según la superficie de filtración y el volumen de las cámaras y placas disponibles en el mercado.
Ejemplo de dimensionamiento
Se considera un caudal de entrada de lodo de 1,25 m³/h, una materia seca de entrada del 3 %, una densidad del lodo de 1,1 kg/l y una producción de lodo de 8 horas al día.
El caudal diario es de 10 m³/día y la masa total de lodo es de 11.000 kg/día. Con un contenido de sólidos del 3 %, la cantidad de materia seca es de 330 kg/día.
La fracción líquida que se debe drenar es de 10.670 kg/día. Si las tortas alcanzan una sequedad del 30 %, la producción diaria de lodo deshidratado es de 1.100 kg/día.
Si la torta tiene una densidad de 1,4 kg/l, el volumen de torta generado es de 785,7 litros al día.
Si el sistema funciona 8 horas al día y cada proceso de filtración dura 4 horas, se necesitan dos operaciones de filtración para deshidratar el lodo producido durante un día.
Cada ciclo producirá 392,9 litros de lodo con una sequedad del 30 %. Considerando placas de 1000 x 1000 x 25 mm, con un volumen de 19,7 litros por placa, se necesitan aproximadamente 20 cámaras por ciclo.
Como el número de placas es igual al número de cámaras más una, se requieren 21 placas filtrantes. La superficie de filtración del filtro prensa será de 30,3 m².
Espesamiento previo del lodo
Es recomendable espesar el lodo antes de la operación de prensado. En una planta convencional de tratamiento de aguas residuales, el lodo separado por un decantador puede presentar una concentración de entre 0,6 y 1,5 % de materia seca, dependiendo de si se trata de lodo secundario o primario.
Esta concentración es demasiado baja para deshidratar el lodo directamente en un filtro prensa, por lo que suele ser necesario instalar un espesador intermedio.
El lodo espesado puede alcanzar concentraciones de entre 3 y 4 % de materia seca, después de lo cual se considera adecuado para el tratamiento de deshidratación mecánica.
El lodo espesado se almacena en un depósito de acumulación y se introduce en el filtro prensa mediante una bomba neumática, después de añadir floculantes y coagulantes cuando es necesario.
Combinación DAF y filtro prensa
Si en lugar de un sistema de clarificación por sedimentación se instala un sistema de flotación por aire disuelto, el espesamiento intermedio puede ser innecesario, ya que el lodo obtenido mediante DAF presenta entre un 4 y un 5 % de materia seca.
Un sistema DAF permite ahorrar espacio, evita la instalación de un espesador, mejora la separación de sólidos suspendidos y produce un agua clarificada de mayor calidad.
El lodo extraído del DAF ya presenta la concentración mínima necesaria para introducirse directamente en el filtro prensa y proceder a su deshidratación.
Tipos de lodo adecuados
Lodo orgánico hidrófilo
Para obtener una pasta satisfactoria se recomienda un acondicionamiento inorgánico que evite que el lodo se adhiera a las membranas del filtro.
Los lodos orgánicos pueden ser difíciles de deshidratar, especialmente cuando presentan baja concentración de sólidos, una estructura gelatinosa o una elevada proporción de materia orgánica.
Lodo inorgánico hidrófilo
El filtro prensa generalmente requiere únicamente la adición de arcilla para mejorar las características de filtración del lodo inorgánico hidrófilo.
Lodo inorgánico hidrófobo
El lodo inorgánico hidrófobo es muy denso e ideal para los filtros prensa. Puede deshidratarse sin necesidad de un acondicionamiento preliminar.
Lodo aceitoso
El filtro prensa puede utilizarse para el tratamiento de lodos que contienen aceites ligeros. La presencia de grasas puede permitir una operación más suave del filtro, aunque las membranas deben desengrasarse a intervalos frecuentes.
Aplicaciones de las prensas de lodos tipo filtro
Tratamiento de aguas residuales municipales e industriales
Los filtros prensa se utilizan en plantas de tratamiento de aguas residuales municipales e industriales para deshidratar los lodos de depuración, reducir su volumen y disminuir los costes de eliminación.
La deshidratación de lodos es fundamental para reducir la cantidad de agua presente en los residuos sólidos y facilitar su manejo y disposición final.
Los filtros prensa se utilizan para lodos primarios, secundarios, biológicos, fisicoquímicos y mixtos, siempre que se realice el acondicionamiento necesario y se alcance una concentración adecuada de sólidos.
Industria alimentaria y de bebidas
La industria alimentaria genera residuos orgánicos que pueden deshidratarse mediante filtros prensa para reducir el contenido de agua y facilitar su eliminación.
El filtro prensa se utiliza para purificar y mejorar la calidad de jarabes, cervezas, vinos, levaduras y azúcares, entre otros productos.
También se aplica a lodos procedentes de fábricas de productos lácteos, cervecerías, mataderos y plantas de procesamiento de alimentos.
Industria química
En la industria química, este tipo de filtro se utiliza para concentrar productos, separar residuos y deshidratar lodos procedentes del tratamiento de aguas de proceso.
Los filtros prensa permiten preparar los materiales residuales para su eliminación segura o para su procesamiento posterior.
Industria farmacéutica
En la industria farmacéutica, los filtros prensa se utilizan para separar líquidos y sólidos, concentrar productos y purificar ingredientes.
También se utilizan para separar líquidos como el suero sanguíneo, que puede servir como materia prima para la síntesis de diversos medicamentos.
Minería y tratamiento de metales
En minería, el filtro prensa se utiliza para deshidratar lodos de carbón, concentrados, relaves y otros minerales, de modo que se obtengan sólidos secos con una pureza apreciable.
Forma parte de procesos de extracción de metales como hierro, plomo, cobre, zinc y oro.
La deshidratación de relaves permite recuperar agua y reducir el volumen de residuos, lo que resulta importante para la conservación del agua y la estabilidad ambiental.
Industria cerámica
En la industria cerámica, los sólidos obtenidos mediante filtros prensa pueden utilizarse para mejorar las propiedades de porcelanas, grises, mármoles, cuarzos y pigmentos.
Industria textil
Los filtros prensa pueden emplearse en el tratamiento de efluentes textiles con alto contenido de colorantes y sólidos.
Ventajas de la prensa de lodos tipo filtro
Alta sequedad de la torta
Los filtros prensa producen una torta de filtración muy seca, lo que reduce considerablemente los costes de transporte y eliminación.
La sequedad de los lodos descargados puede situarse normalmente entre el 25 y el 50 %, mientras que en aplicaciones específicas puede alcanzar valores superiores mediante membranas de postprensado o procesos complementarios.
En muchas aplicaciones, el grado de sequedad obtenido se sitúa entre el 30 y el 40 %, frente al 20-25 % de un decantador centrífugo y al 15-25 % de un filtro de banda.
Reducción del volumen de residuos
La eliminación del agua reduce de manera significativa el volumen total de lodo que debe transportarse o eliminarse.
La reducción del volumen facilita la manipulación, el almacenamiento, la valorización y la disposición final del lodo.
Bajo consumo de energía y reactivos
Los filtros prensa son la tecnología que puede alcanzar mayores grados de deshidratación, además de presentar bajos costes de energía y de reactivos en comparación con otros sistemas mecánicos.
| Tecnología | Sequedad orientativa del lodo | Consumo energético | Consumo de reactivos |
|---|---|---|---|
| Decantador centrífugo | 18-23 % | Muy alto | Muy alto |
| Filtro de banda | 18-22 % | Bajo | Muy alto |
| Prensa de tornillo | 22-26 % | Bajo | Muy alto |
| Filtro prensa | 25-50 % | Muy bajo | Bajo |
Alta eficiencia de filtración
La filtración es eficaz incluso con sólidos finos o con baja permeabilidad. Los filtros prensa son especialmente adecuados para aplicaciones con altas concentraciones de sólidos y permiten una separación eficaz incluso con composiciones de aguas residuales difíciles.
Versatilidad
Los filtros prensa pueden adaptarse a diferentes tipos de lodos, aplicaciones industriales y requisitos de sequedad.
El diseño modular permite ajustar el número de placas, el volumen de las cámaras, el tipo de tela filtrante, el sistema de lavado, la presión y el grado de automatización.
Calidad del filtrado
El filtro prensa puede producir un efluente clarificado de alta calidad. En determinados casos, el filtrado puede reutilizarse o devolverse al proceso de tratamiento.
Robustez
El filtro prensa es un equipo robusto y adecuado para deshidratar lodos complejos. Puede aceptar lodos con distinta capacidad de filtración y presentar condiciones de operabilidad seguras.
Adecuación a caudales pequeños
La operación intermitente de un filtro prensa resulta adecuada para caudales bajos o para producciones discontinuas.
Un filtro prensa de placas es adecuado para pequeños caudales de lodo, especialmente cuando se trata de lodos industriales o fisicoquímicos y se requieren elevados niveles de sequedad.
Limitaciones y retos operativos
Funcionamiento intermitente
Los filtros prensa son sistemas de deshidratación intermitente. Cada ciclo requiere cerrar las placas, llenar las cámaras, filtrar, despresurizar, abrir el paquete, descargar la torta y limpiar las telas.
La operación intermitente puede ser una limitación cuando se necesita un flujo continuo de lodo deshidratado.
Espacio auxiliar
El filtro prensa es compacto en planta, pero necesita reservar espacio para el desmontaje de las placas, la apertura del paquete, la caída de la torta y el almacenamiento del lodo.
Ensuciamiento de las telas
Las telas filtrantes pueden obstruirse con partículas finas y deben limpiarse periódicamente para garantizar una filtración óptima.
La obstrucción de los poros se produce por la acumulación de finos, polímeros o grasas presentes en el lodo. Esto reduce la permeabilidad y el rendimiento del filtro.
Uso de reactivos
En algunos casos se necesitan floculantes o coadyuvantes de filtración para aglutinar mejor los sólidos, lo que puede aumentar los costes de explotación.
Mantenimiento de placas y telas
Las telas filtrantes, las juntas de las placas y los sistemas hidráulicos requieren inspecciones y mantenimiento periódico.
La correcta limpieza de las telas, la revisión de las superficies de sellado y la comprobación del sistema hidráulico son esenciales para evitar fugas y pérdidas de capacidad.
Comparación con otras tecnologías de deshidratación
Filtro prensa frente a filtro de banda
El filtro prensa comprime el lodo bombeándolo a un conjunto de cámaras estancas, mientras que en un filtro de banda el lodo es arrastrado entre dos bandas que lo comprimen mediante tensión y rodillos.
El filtro prensa trabaja por ciclos y el filtro de banda funciona de forma continua. El filtro prensa suele alcanzar una sequedad del lodo de entre el 30 y el 40 %, mientras que el filtro de banda obtiene normalmente entre el 15 y el 25 %.
La inversión, el mantenimiento, la complejidad operativa y el consumo energético suelen ser mayores en el filtro prensa que en el filtro de banda.
El filtro de banda necesita más superficie de suelo, mientras que el filtro prensa es más compacto, aunque requiere altura y espacio auxiliar para abrir las placas y retirar el lodo.
Filtro prensa frente a filtro de banda deshidratador
El filtro de banda deshidratador funciona de manera continua: los lodos se bombean sobre una banda filtrante continua, el agua atraviesa la tela y los sólidos retenidos se descargan como una masa compacta.
El filtro de banda requiere menos energía, ocupa menos espacio físico y puede presentar menores exigencias de mantenimiento mecánico y operativo.
Sin embargo, produce un lodo con menor contenido de sólidos secos que el filtro prensa y puede tener limitaciones para manejar variaciones en la concentración de fangos.
El filtro prensa proporciona una mayor capacidad de deshidratación, puede manejar variaciones en la concentración de fangos y produce un filtrado de alta calidad, aunque requiere más energía, mayor mantenimiento y una operación por ciclos.
Filtro prensa frente a decantador centrífugo
Un filtro prensa de placas alcanza una mayor sequedad del lodo, normalmente entre el 30 y el 40 %, frente al 20-25 % de un decantador centrífugo.
Esta diferencia se traduce en menores costes de transporte y en una reducción de la cantidad de lodo producido.
El filtro prensa puede obtener una mejor calidad de filtración, presenta menores costes de energía y reactivos, es más robusto y requiere menos mantenimiento.
También es más adecuado para deshidratar lodos complejos.
Filtro prensa frente a prensa de tornillo
La deshidratadora de prensa de tornillo y el filtro prensa no son lo mismo. Ambos son equipos de separación sólido-líquido para la deshidratación de lodos, pero presentan diferencias esenciales en el principio de funcionamiento, el diseño estructural y el modo de operación.
La prensa de tornillo utiliza una tecnología de deshidratación continua y dinámica. El lodo se desplaza entre anillos fijos y móviles mediante la rotación de un eje de tornillo, y se deshidrata mediante la presión axial del eje y la fuerza de corte entre las láminas de los anillos.
El filtro prensa utiliza una tecnología de deshidratación estática de alta presión. Las placas filtrantes se compactan mediante un sistema hidráulico para formar una cámara de filtración cerrada, y el líquido del lodo sale a través de la tela filtrante bajo presión.
La prensa de tornillo presenta una estructura integrada y compacta, mientras que el filtro prensa está compuesto por un marco, un mecanismo de sujeción y un mecanismo de filtración formado por placas y telas.
La prensa de tornillo funciona de forma continua, mientras que el filtro prensa requiere un ciclo de compactación, alimentación, filtración, descarga y limpieza.
La prensa de tornillo ocupa menos espacio y puede trabajar con alta automatización, mientras que el filtro prensa alcanza una mayor eficiencia de deshidratación y un menor contenido de humedad en el lodo descargado.
| Dimensión | Prensa de tornillo | Filtro prensa |
|---|---|---|
| Principio de funcionamiento | Extrusión de tornillo y corte de chapa anular; deshidratación continua dinámica | Compactación hidráulica de placas y filtración con tela; deshidratación intermitente estática a alta presión |
| Modo de funcionamiento | Operación continua | Operación intermitente |
| Contenido de humedad descargado | 75-85 % | 60-75 %; los modelos de alta presión pueden alcanzar 55-60 % |
| Capacidad de tratamiento | 5-50 m³/h con 1-3 % de sólidos | 10-200 m³/h con 3-10 % de sólidos |
| Espacio ocupado | Pequeño, aproximadamente entre un tercio y una quinta parte del tamaño de un filtro prensa | Grande, con espacio para abrir placas y apilar lodos |
| Consumo energético | Bajo | Mayor, debido al sistema hidráulico y a la bomba de alimentación |
| Aplicaciones | Lodos municipales, alimentarios y lodos con bajo contenido de sólidos | Lodos industriales concentrados, mineros, de impresión y teñido |
| Ventaja principal | Funcionamiento continuo, automatización y bajo consumo | Alta eficiencia de deshidratación y gran capacidad |
Problemas frecuentes y soluciones
Torta demasiado húmeda
Cuando un filtro prensa produce tortas de lodo húmedas, normalmente se debe a un acondicionamiento fisicoquímico deficiente.
- Concentración de lodo baja, inferior al 2-3 % de materia seca.
- Floculación incorrecta por falta o exceso de polielectrolito.
- Ciclos mal ajustados en presión o tiempo de prensado.
- Telas filtrantes obstruidas o inadecuadas.
- Distribución heterogénea del lodo.
- Cámaras mal cerradas.
- Lodo orgánico difícil de deshidratar.
Obstrucción de las telas
Las principales causas de obstrucción son una floculación deficiente o excesiva, un lodo muy diluido, la presencia de grasas, aceites y proteínas, los depósitos minerales, una limpieza incorrecta y unas presiones de trabajo inadecuadas.
La tela filtrante debe seleccionarse de acuerdo con el tipo de lodo y limpiarse con la frecuencia necesaria para conservar su permeabilidad.
Fugas entre las placas
Las fugas se producen cuando el paquete de placas no es estanco. Las causas más habituales son placas desalineadas o deformadas, telas mal instaladas o desgastadas, residuos en las superficies de sellado, una presión de filtración excesiva o insuficiente y fallos del sistema hidráulico.
La solución consiste en revisar la alineación de las placas, limpiar las superficies de contacto, sustituir las telas o juntas dañadas y comprobar la presión de cierre.
Distribución desigual del lodo
La distribución irregular puede corregirse ajustando la dosis y el punto de inyección del polímero, aumentando progresivamente el caudal y la presión, revisando la posición y limpieza de las telas y eliminando depósitos en las entradas y salidas de las placas.
También es necesario comprobar el cierre, el equilibrio de las placas, las guías, la presión hidráulica y el funcionamiento de la bomba.
Pérdida de capacidad
Un filtro prensa pierde capacidad cuando disminuye la permeabilidad del sistema o se interrumpe el ciclo de secado.
- Lodo mal floculado por defecto o exceso de polímero.
- Telas filtrantes obstruidas o dañadas.
- Presión o tiempo de ciclo mal ajustados.
- Llenado irregular de las cámaras.
- Placas desalineadas.
- Fugas por un sellado deficiente.
Alargamiento del ciclo
El ciclo se prolonga cuando el agua drena mal a través de la torta y de las telas filtrantes.
- Lechada de alimentación demasiado diluida.
- Floculación incorrecta.
- Presencia de flóculos finos o gelatinosos.
- Exceso de polímero.
- Telas filtrantes obstruidas.
- Presión insuficiente o pulsante.
- Presión mantenida innecesariamente al final del ciclo.
El filtro prensa no arranca
Un filtro prensa puede bloquearse por causas relacionadas con la hidráulica, el control del proceso o los sistemas de seguridad.
- Placas mal cerradas, finales de carrera activados, resguardos abiertos o parada de emergencia activada.
- Presión de alimentación insuficiente, fallo de una válvula hidráulica, bajo nivel de aceite o fugas en el circuito.
- Falta de alimentación eléctrica, fallos del PLC o errores en los sensores de caudal, presión o nivel.
- Válvulas cerradas, obstrucciones en el circuito o problemas en la bomba de alimentación de lodos.
- Secuencia de arranque incorrecta o ciclo anterior incompleto.
Factores para seleccionar una prensa de lodos tipo filtro
La selección del filtro prensa depende del volumen de lodo, de la concentración de sólidos, de la filtrabilidad, de la sequedad requerida, del espacio disponible y del grado de automatización necesario.
También deben considerarse la composición química del lodo, el tipo de tela filtrante, la presión de operación, el número y tamaño de las placas, la frecuencia de limpieza y el destino final de la torta.
Para garantizar que el filtro prensa esté diseñado de forma óptima, pueden realizarse pruebas piloto con las aguas residuales reales. En estas pruebas se analiza la filtrabilidad, el grado de deshidratación y la tela filtrante más adecuada.
Las pruebas permiten determinar la configuración más apropiada, favorecer el desprendimiento de la torta y evitar que el lodo se adhiera a la tela filtrante.
Cuando se necesita una gran capacidad de tratamiento y un bajo contenido de humedad en el lodo descargado, el filtro prensa es una opción adecuada.
Cuando se requiere un funcionamiento continuo, poco espacio y una intervención reducida del operario, pueden considerarse otras tecnologías de deshidratación, como los filtros de banda, los decantadores centrífugos o las prensas de tornillo.
La elección debe realizarse a partir de ensayos de filtración y de una evaluación conjunta del rendimiento, la inversión, el consumo energético, el mantenimiento, la gestión de reactivos y las condiciones de disposición final del lodo.
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