Comparación a escala real del rendimiento de una centrífuga decantadora y una prensa de tornillo para la deshidratación de lodos municipales

Tecnologías de deshidratación de lodos

Las centrífugas decantadoras utilizan fuerzas centrífugas para acelerar la sedimentación de partículas, la compactación de la torta y la separación, logrando normalmente una alta recuperación de sólidos y una torta seca con un alto rendimiento. Las prensas de tornillo se basan en una compresión mecánica gradual a través de una malla o disco de deshidratación y, por lo general, son reconocidas por su diseño relativamente sencillo y su bajo consumo de energía eléctrica.

La selección entre estas tecnologías requiere equilibrar varios criterios de desempeño del proceso, entre ellos:

• concentración de sólidos en la torta

• recuperación de sólidos

• consumo de polímero

• demanda energética

• calidad del centrado

• costos operativos

• requisitos de mantenimiento

Para evaluar estas compensaciones en condiciones reales de operación, Tim Mikkelsen, Senior Engineer de Alfa Laval especializado en tecnologías de deshidratación de lodos, llevó a cabo una investigación comparativa a escala real entre centrífugas decantadoras y prensas de tornillo en plantas municipales de tratamiento de aguas residuales de la región nórdica.

Este caso de estudio presenta los resultados de una comparación en paralelo entre una centrífuga decantadora y una prensa de tornillo de discos móviles instaladas en una planta municipal de tratamiento de aguas residuales en Finlandia, que presta servicio a aproximadamente 12,000 habitantes equivalentes (PE).

Comparación del rendimiento de las tecnologías de deshidratación mediante centrífuga decantadora y prensa de tornillo

Ambos sistemas operaron en condiciones comparables a escala real, utilizando el mismo lodo de alimentación. El desempeño se evaluó con base en indicadores clave de operación y de deshidratación, como se resume en la Tabla 1.

La prensa de tornillo produjo una concentración promedio de sólidos en la torta del 18.1 %, con una recuperación de sólidos del 97.8 %. En condiciones de operación conservadoras, caracterizadas por una velocidad del tazón relativamente baja y una alta velocidad diferencial (bajo torque), la centrífuga decantadora alcanzó un 20.0 % de sólidos en la torta y una recuperación de sólidos del 99.5 %, al mismo tiempo que produjo un centrado con menos de 300 mg/L de sólidos suspendidos.

Después de optimizar los parámetros de operación, la centrífuga decantadora alcanzó un 22.7 % de sólidos en la torta, manteniendo una recuperación de sólidos comparable. Esto representa una mejora de más de 4.5 puntos porcentuales en la sequedad de la torta en comparación con la prensa de tornillo.

Al evaluar las tecnologías de deshidratación, es importante considerar más que solo la sequedad de la torta y el consumo de energía. En esta comparación integral, la centrífuga decantadora logró un mejor desempeño de deshidratación, al tiempo que redujo la demanda de polímero en aproximadamente un 60 % y el consumo de agua de lavado en un factor de 3.2 en comparación con la prensa de tornillo, considerando un programa de operación de ocho horas al día.

Para las plantas que operan de manera continua, estas diferencias serían aún más significativas”, afirma Tim Mikkelsen, Senior Engineer de Alfa Laval.

La importancia relativa de estos factores de desempeño depende de las condiciones económicas específicas de cada planta. En este caso de estudio, el lodo deshidratado se transporta a una planta centralizada de biogás para su digestión anaerobia, lo que significa que la sequedad de la torta tiene una menor relevancia económica que en instalaciones donde los costos de disposición de lodos están directamente relacionados con la masa de lodo transportada.

De manera similar, los posibles beneficios asociados con una mejor calidad del centrado no se incluyen actualmente en la evaluación de costos operativos de la planta. En comparación con la prensa de tornillo, la centrífuga decantadora produjo un centrado con menores concentraciones de sólidos suspendidos, DBO y amonio (NH₄-N), reduciendo así la carga de recirculación que retorna al proceso de tratamiento biológico. Una menor carga de recirculación reduce la demanda de aireación y de eliminación de nutrientes, disminuyendo la carga sobre el proceso de lodos activados. Con base en las diferencias medidas entre el filtrado de la prensa de tornillo y el centrado de la centrífuga decantadora en la planta de Finlandia, se estima que los ahorros asociados en costos de tratamiento aguas abajo son de aproximadamente 0.26 € por m³ de lodo tratado.

Además, los posibles beneficios operativos asociados con una menor huella de instalación del equipo no se incluyeron en la evaluación económica. La instalación de la centrífuga decantadora ocupa aproximadamente 5 m², en comparación con 7.5 m² de la prensa de tornillo, al tiempo que proporciona más del doble de capacidad de tratamiento por unidad de superficie (2.4 m³/h/m² frente a 1.06 m³/h/m², respectivamente). Esta menor huella también puede ofrecer beneficios ambientales y de infraestructura al reducir los requisitos de espacio para instalaciones nuevas o modernizadas.

En conclusión, las prensas de tornillo ofrecen ventajas en términos de menor costo de inversión, menor consumo directo de energía y simplicidad operativa. Sin embargo, este estudio demuestra que estos beneficios pueden verse contrarrestados por un menor desempeño de deshidratación, lo que da lugar a un mayor consumo de polímero, mayores cargas de recirculación y costos adicionales de tratamiento aguas abajo. Por lo tanto, seleccionar una tecnología de deshidratación basándose únicamente en el costo de inversión y el consumo de energía puede pasar por alto costos operativos significativos a lo largo del ciclo de vida, así como importantes beneficios para el proceso.