Respuesta rápida: El lodo se espesa antes de deshidratarse porque el equipo de deshidratación se dimensiona según el volumen de lodo que debe procesar, no según los sólidos secos que contiene. Elevar un lodo del 1 % al 4 % de sólidos elimina tres cuartas partes del agua y reduce el volumen en un 75 %, por lo que el filtro prensa, su bomba de alimentación, la dosis de polímero y el tiempo de ciclo se reducen en consecuencia. Los espesadores por gravedad, la flotación por aire disuelto, los espesadores de tambor rotatorio y los espesadores de banda por gravedad son las opciones comunes; cuál elegir depende de si el lodo es primario, biológico, químico o mineral. Un filtro prensa alimentado con 3–6 % de sólidos realiza entre dos y cuatro veces más ciclos por día que uno alimentado con 1 %.
Qué hace el espesante y por qué es lo primero
El espesamiento y la deshidratación son la misma operación a diferentes escalas. Ambos eliminan agua del lodo; el espesamiento lo lleva de menos del 1% a 3–8% de sólidos, y la deshidratación lo lleva de ahí a 20–40% de sólidos o más. La razón por la que son pasos separados es que el equipo que hace el primer trabajo de manera económica no puede hacer el segundo, y el equipo que hace el segundo trabajo no puede permitirse hacer el primero.
Considere una planta que produce una tonelada de sólidos secos al día como lodo activado residual con un 0,8 % de sólidos. Eso son 125 m³ de lodo. Espesado al 4 %, son 25 m³. Una prensa de filtro que tomara el lodo sin espesar pasaría la mayor parte de cada ciclo simplemente llenándose de agua, y la bomba estaría empujando 100 m³ de agua al día a través de la tela sin ningún beneficio. Espesado, el mismo tonelaje cabe en una prensa de un tercio del tamaño funcionando con un ciclo normal. La misma aritmética se aplica a las prensas de banda, las centrífugas y las prensas de tornillo.
El espesamiento también estabiliza la alimentación. Los equipos de deshidratación funcionan mejor con una concentración de alimentación constante; un espesador suaviza las fluctuaciones que provienen de la purga del clarificador y de las alteraciones del proceso, y proporciona un volumen de amortiguación para que la prensa pueda operar según un horario de turnos mientras la planta de tratamiento funciona las 24 horas. Nuestro artículo sobre cuánto lodo produce una planta de aguas residuales proporciona el método para estimar la carga diaria.
Los métodos de espesamiento
| Método | Típico feed | Sólidos típicos espesados | Lo mejor en | Débil en |
|---|---|---|---|---|
| Espesador por gravedad (tanque circular con rastrillo de púas) | 0.5–2% | 3–8 % (primario), 2–3 % (biológico) | Lodos primarios, químicos y minerales que sedimentan | Lodo activado residual (se vuelve séptico, flota, alcanza solo un 2–3 %) |
| Flotación por aire disuelto (DAF) | 0.3–1% | 3–5% | Lodos activados residuales, lodos oleosos y ligeros | Sólidos minerales pesados; energía para la saturación de aire |
| Espesador de banda por gravedad | 0.5–1.5% | 4–7% | Lodo biológico con polímero; simple y compacto | Necesita polímero; abierto a olores; agua de lavado de correa |
| Espesador de tambor rotativo | 0.5–1.5% | 5–9% | Lodo biológico con polímero; cerrado, de pequeña huella | Necesita polímero; cegamiento de la malla por fibra o grasa |
| Centrífuga (modo de espesamiento) | 0.5–1.5% | 4–8% | Donde el espacio es muy reducido y el olor debe contenerse | Potencia, mantenimiento, polímero |
| Tanque estático de retención de lodos (sedimentación y decantación) | 1–3% | 2–5% | Plantas pequeñas, lodos químicos y minerales | Lento; el lodo biológico se vuelve séptico |
El patrón es que los lodos que sedimentan por sí solos, es decir, los lodos primarios, fisicoquímicos y minerales, se espesan por gravedad, mientras que los lodos biológicos que no sedimentan bien se espesan por flotación o mediante un espesador mecánico asistido por polímero. Nuestra guía para cuando se necesita DAF cubre el caso de flotación con más detalle.
Cómo el espesamiento cambia la prensa de filtro
Una prensa de filtro es una máquina por lotes con un volumen de cámara fijo. Cada ciclo llena las cámaras con torta, y el tiempo de ciclo es el tiempo que se tarda en formar esa torta a partir de la alimentación. Los sólidos de alimentación lo afectan de tres maneras:
- Tiempo de relleno. Con un 1 % de sólidos, una cámara debe recibir aproximadamente 30 veces su propio volumen de lodo para llenarse de torta; con un 4 %, alrededor de 8 veces. La etapa de llenado se reduce de horas a bastante menos de una hora.
- Desgaste y cegamiento de la tela. Cada metro cúbico de agua que atraviesa el tejido arrastra finos hacia su interior. Una alimentación espesada significa menos agua por kilogramo de torta y tejidos más limpios.
- Polímero. El polímero se dosifica por kilogramo de sólidos secos, pero la mezcla es mejor y la dosis menor cuando el lodo se concentra antes del acondicionamiento en lugar de después.
El resultado práctico es que una prensa alimentada con 3–6 % de sólidos completa entre dos y cuatro veces más ciclos por día que la misma prensa alimentada con 1 %, por lo que la prensa que soporta la carga es más pequeña y más barata. En términos de dimensionamiento, la cifra de sólidos de alimentación es el primer dato que solicitamos, porque modifica el número de placas más que cualquier otro parámetro individual. Véase cómo calcular la capacidad de la prensa de filtro y ¿Cuántas placas filtrantes necesito?.
Cuando puedes omitir el espesante
No todas las plantas necesitan una etapa de espesamiento separada:
- Lodos químicos y minerales Los lodos procedentes del flujo inferior de un clarificador a menudo ya contienen entre un 3 y un 10 % de sólidos y pasan directamente a la prensa. Los lodos de galvanoplastia, curtiduría, textil y minería suelen pertenecer a este grupo.
- Pequeñas STPs y ETPs Por debajo de aproximadamente 500 m³/día, normalmente se espesan en el tanque de almacenamiento de lodos mediante sedimentación y decantación durante la noche, lo cual es suficiente para alimentar una prensa pequeña al 2–3 %.
- Plantas de MBR mantienen su licor mezclado a 8–12 g/L, por lo que su lodo residual ya está cerca del 1% y generalmente se necesita un espesador de tambor rotatorio o DAF antes de una prensa; no hay lodo primario que ayude.
La regla general: si el lodo que llega a la prensa tiene menos del 2 % de sólidos, el espesamiento se amortiza por sí solo en el tamaño de la prensa; si es superior al 3 %, un espesador aporta poco. Entre el 2 % y el 3 % depende de cuántas horas al día pueda funcionar la prensa.
Espesamiento en la línea de tratamiento
En una STP típica, el tren es clarificador primario y clarificador secundario → mezcla de lodos → espesador → (digestor, si está presente) → acondicionamiento → deshidratación. En una ETP, normalmente es clarificador o DAF → tanque de retención de lodos → acondicionamiento → deshidratación, y el tanque de retención realiza el espesamiento. En minería y procesamiento de minerales, el espesador es una unidad de alta velocidad de gran diámetro que alimenta la prensa a 30–60% de sólidos, y las funciones de "espesador" y "deshidratación" son las mismas que arriba a una concentración mucho mayor. Nuestro ETP vs STP y deshidratación de relaves mineros Los artículos muestran dónde se sitúa la prensa en cada uno.
Elegir el espesante teniendo en cuenta la prensa
Dos puntos importan para la prensa aguas abajo. Primero, el polímero añadido en un espesador mecánico acondiciona el lodo una vez; añadir más en la prensa para un segundo acondicionamiento es normal, pero los dos productos deben ser compatibles y la dosis total debe verificarse mediante ensayo de jarra en lugar de asumirse. Segundo, el lodo espesado debe ser bombeable a la prensa: por encima del 6–8% de sólidos, el lodo biológico se vuelve difícil de bombear con una bomba centrífuga y necesita una bomba de cavidad progresiva o de pistón, y el tanque de retención de lodo necesita un mezclador para evitar que se estratifique. Nuestra página sobre equipo de tratamiento de aguas residuales enumera opciones de espesamiento y bombeo que se combinan con nuestras prensas, y acondicionamiento de polímeros para telas de filtro prensa cubre el lado de la dosificación.
Preguntas frecuentes
¿Por qué se espesa el lodo antes de la deshidratación?
Porque el equipo de deshidratación se dimensiona según el volumen de lodos. El espesamiento del 1 % al 4 % de sólidos elimina tres cuartas partes del agua, por lo que el filtro prensa, la bomba de alimentación, el polímero y el tiempo de ciclo son todos más pequeños. También suaviza la concentración de alimentación y proporciona almacenamiento de amortiguación.
¿Qué concentración de sólidos debo alimentar a un filtro prensa?
Para lodos biológicos y mixtos, un objetivo adecuado es de 3–6% de sólidos; para lodos químicos y minerales procedentes de un clarificador, lo típico es de 3–10% y no necesitan un espesador independiente. Por debajo del 2%, un espesador se amortiza por sí mismo en el tamaño de la prensa.
¿Qué espesante es mejor para los lodos activados residuales?
Flotación por aire disuelto, un espesador de banda por gravedad o un espesador de tambor rotativo, todos los cuales alcanzan un 4–7 % de sólidos. El espesamiento por gravedad por sí solo alcanza únicamente un 2–3 % en lodos activados residuales y el lodo tiende a volverse séptico.
¿Puedo omitir el espesante?
A menudo, para los lodos químicos y minerales que ya salen del clarificador al 3% o más, y para las plantas pequeñas que sedimentan y decantan en el tanque de retención de lodos. Los lodos biológicos diluidos por debajo del 2% casi siempre se benefician de un espesador.
¿La densificación reduce el consumo de polímero?
El polímero se dosifica por tonelada seca, por lo que el total no disminuye automáticamente, pero la mezcla y la formación de flóculos son mejores en lodos concentrados y, en la práctica, la dosis combinada de espesador más prensa suele ser menor que dosificar lodos diluidos directamente en la prensa.
¿Cómo afectan los sólidos de alimentación al tiempo de ciclo del filtro prensa?
Enérgicamente. Con un 1 % de sólidos, una cámara necesita aproximadamente 30 volúmenes de cámara de lodo para llenarse de torta; con un 4 %, alrededor de 8. La prensa completa entre dos y cuatro veces más ciclos por día con lodo espesado, por lo que una prensa más pequeña maneja el mismo tonelaje.
Díganos su tipo de lodo, los sólidos secos diarios y la concentración actual de alimentación, y le diremos si vale la pena añadir un espesador y dimensionaremos la prensa en cualquier caso: Solicitar una propuesta de espesamiento y deshidratación.
Referencias: US EPA — Hoja informativa sobre tecnología de biosólidos: Espesamiento por gravedad, US EPA — Hoja informativa sobre tecnología de biosólidos: Espesamiento y deshidratación por centrífuga, US EPA — Hoja informativa sobre tecnología de biosólidos: Prensa de filtro de placas rehundidas.