Sistema de deshidratación de lodos con prensa de tornillo: guía completa

Las instalaciones de aguas residuales municipales e industriales que gestionan los costes de eliminación de lodos han recurrido cada vez más a la sistema de deshidratación de lodos con prensa de tornillo como la alternativa operativamente superior a las centrífugas y los filtros prensa de banda. Al combinar la compresión mecánica de baja velocidad con la acción continua de un anillo y un tornillo de autolimpieza, estos sistemas logran un contenido de sólidos de torta de 18 a 28 % del peso seco y al mismo tiempo consumen una fracción de la energía y los recursos de mantenimiento que exigen las tecnologías de deshidratación convencionales.

Cómo la deshidratación de lodos con prensa de tornillo logra una alta eficiencia

Un sistema de deshidratación de lodos con prensa de tornillo funciona con compresión progresiva de la cavidad: el lodo acondicionado ingresa por el extremo de alimentación de un tornillo giratorio alojado dentro de un tamiz cilíndrico y, a medida que el paso del tornillo se estrecha hacia el extremo de descarga, la presión hidráulica aumenta y el agua libre se expulsa a través de los espacios del tamiz. La acción de autolimpieza de los anillos fijos y móviles evita el cegamiento, el principal modo de falla de las tecnologías de pantalla estática.

La eficiencia de deshidratación, medida como el porcentaje de reducción en el volumen de lodos entregados a la eliminación final, normalmente alcanza entre el 80 y el 90 % en aplicaciones municipales de lodos activados. Una planta de aguas residuales que procesa 10 000 m3/día con un aporte de 3000 mg/L de TSS puede reducir el volumen de la torta de lodo de aproximadamente 30 m3/día (con un 3 % de DS de lodo espesado) a menos de 6 m3/día con un 18 % de DS: una reducción de cinco veces que reduce directamente los costos de transporte y vertedero.

Capacidad de rendimiento: adaptar la máquina al flujo

La capacidad de la prensa de tornillo se especifica en kilogramos de sólidos secos por hora (kgDS/h) en lugar de flujo volumétrico, porque la concentración de lodo de alimentación varía significativamente entre instalaciones. Las unidades estándar de un solo eje manejan de 15 a 130 kgDS/h; las configuraciones de ejes múltiples o apiladas escalan hasta 500 kgDS/h por huella de instalación.

• Pequeñas Plantas Municipales (menos de 20.000 PE) Unidades de un solo eje de 15 a 40 kgDS/h: tamaño compacto de menos de 1,5 m2, adecuadas para operación remota no tripulada con dosificación de polímero controlada por PLC y arranque/parada automática en señal de alimentación.
• Instalaciones Medianas (20.000 a 100.000 PE) Configuraciones de eje doble o triple de 80 a 200 kgDS/h: las unidades paralelas brindan redundancia para que el mantenimiento en un eje no interrumpa las operaciones de deshidratación.
• Industrial y Grandes Municipales (100.000 PE) Instalaciones apiladas de unidades múltiples con integración SCADA centralizada: la capacidad aumenta linealmente; la mayoría de los fabricantes ofrecen módulos deslizantes estandarizados para implementación paralela sin ingeniería personalizada en cada unidad.

Consumo de energía: la ventaja de la prensa de tornillo sobre las alternativas de alta velocidad

El consumo de energía es el argumento operativo más convincente a favor de la tecnología de prensas de tornillo. A una velocidad de accionamiento de 3 a 10 RPM, el motor de la prensa de tornillo consume de 0,5 a 2,2 kW por unidad, en contraste con las centrífugas decantadoras que funcionan a 2500 a 3500 RPM que consumen de 15 a 45 kW para un rendimiento equivalente. A lo largo de una vida operativa de 20 años, esta diferencia representa cientos de miles de dólares en costos de electricidad evitados a tarifas industriales típicas.

No se requiere agua de lavado en el funcionamiento de la prensa de tornillo: un ahorro adicional de energía y costos en comparación con los sistemas de filtro prensa de banda que consumen de 3 a 8 m3 de agua limpia por hora para evitar el obstrucción de la banda. En regiones con escasez de agua o instalaciones con altos costos de agua potable, esto por sí solo puede justificar la prima de capital de una instalación de prensa de tornillo.

Perfil de mantenimiento: baja intervención por diseño

El diseño de la prensa de tornillo elimina los componentes de mayor mantenimiento que se encuentran en las tecnologías de la competencia: no hay correas de filtro que reemplazar cada 2000 a 4000 horas, no hay cojinetes de alta velocidad sujetos a fatiga por vibración y no hay boquillas rociadoras que desincrustar o reemplazar. El mantenimiento de rutina de una unidad de prensa de tornillo bien especificada consta de tres tareas:

• Semanalmente: inspeccionar la unidad de mezcla de polímeros, limpiar los filtros de aire del panel de control, verificar el nivel de aceite de la caja de cambios
• Mensualmente: verifique los ajustes de separación de los anillos con respecto a la línea base del registro del proceso, inspeccione el borde del tornillo para detectar desgaste abrasivo
• Anualmente: reemplace el sello del eje y el paquete de cojinetes, realice el cambio de aceite de la caja de cambios, recalibre el mecanismo de ajuste de contrapresión

El tiempo total de mantenimiento anual por unidad promedia entre 16 y 24 horas de trabajo según las encuestas de operadores realizadas en instalaciones municipales europeas, en comparación con las 80 a 120 horas de los sistemas de filtro prensa de correa de capacidad equivalente cuando se incluyen el reemplazo de la correa y el servicio de las boquillas.

Prensa de tornillo versus filtro prensa de correa: una comparación directa

La elección entre un sistema de deshidratación de lodos con prensa de tornillo y un filtro prensa de correa es la decisión tecnológica más común en el diseño y mejora de nuevas plantas de tratamiento de aguas residuales. La siguiente tabla presenta los criterios definitorios.

Deshidratación de lodos con prensa de tornillo para tratamiento de aguas residuales: ajuste de aplicación

La tecnología de prensa de tornillo funciona en una amplia gama de tipos de lodos que se encuentran en el tratamiento de aguas residuales municipales e industriales, aunque el rendimiento varía según las características de la alimentación. La siguiente matriz define las ventanas de aplicación óptimas:

Parámetros de selección clave al especificar una unidad

Proporcione los siguientes datos a un fabricante de prensas de tornillo para recibir una recomendación de sistema con el tamaño y el precio precisos:

• Volumen de lodo promedio y pico diario (m3/día) y horas de operación por día
• Tipo y origen de lodos de alimentación (WAS, primario, digerido, industrial)
• Concentración de sólidos secos del alimento medida o estimada (%DS o mg/L TSS)
• Contenido objetivo de sólidos secos de la torta y TSS de filtrado máximo aceptable
• Suministro eléctrico disponible (tensión, fase, frecuencia)
• Entorno de instalación (interior, exterior, atmósfera corrosiva, zona sísmica)
• Infraestructura de manejo de descarga y filtrado (tipo de transportador, tamaño de drenaje)