Aplicación de técnicas de hidrociclonado para limpieza de digestores anaerobios

La gestión adecuada de una estación depuradora de aguas residuales (EDAR) pasa por el adecuado tratamiento y posterior gestión de los fangos generados como subproducto final del proceso. En las plantas que incorporan procesos de digestión anaerobia, ésta tiene una alta eficiencia energética y de estabilización de la materia orgánica. Sin embargo, el proceso presenta problemas de operación graves debido a la acumulación por decantación de material inerte en el fondo de los digestores anaerobios, lo que disminuye su volumen útil y, por tanto, su rendimiento. Estos hechos producen un aumento en los costes de mantenimiento, por lo que se plantea la necesidad de encontrar un sistema eficaz para limpieza de impurezas no biodegradables.

El intervalo de limpieza más frecuente de los digestores anaerobios es de tres a cinco años, aproximadamente y, de forma común, los procedimientos de limpieza más empleados son dos. Uno de ellos incluye el uso de una escotilla de servicio para vaciar el digestor anaerobio por medio de una bomba de fangos, por donde se introduce una tubería, con la necesidad adicional de una boca de inspección para que los trabajadores cualificados entren en el tanque para la limpieza final. El digestato bombeado se transfiere a un camión con la ayuda de una cargadora articulada y finalmente se deposita en un vertedero o se utiliza como fertilizante orgánico en el sector agrícola. Para el segundo sistema de limpieza, se introduce una topadora o buldócer en el interior del digestor anaerobio por medio de una grúa, a través de una apertura de unos 2x2 m hecha en su pared. La duración de la etapa de limpieza es de un mes para el primer sistema y de dos meses para el segundo, ya que se necesitan unos 28 días para que el hormigón fragüe.

Esto significa que ambos procesos requieren de tiempo e incluyen una serie de operaciones adicionales, como son la interrupción del calentamiento de los fangos, la distribución de la alimentación a otros digestores anaerobios, si los hay, la verificación del grado de terminación de la etapa de metanogénesis, la inertización por lavado con nitrógeno y ventilación a la atmósfera, entre otras, además de suponer un riesgo para los trabajadores por acumulación de gases combustibles y nocivos, así como por agotamiento de oxígeno en su interior.

Así, el presente estudio tiene como objetivo principal el estudio del uso de la tecnología de hidrociclonado para la limpieza en continuo de las fracciones orgánicas inertes e inorgánicas de los digestores anaerobios, con menor uso de energía y costes de mantenimiento que otras tecnologías de separación, como son la filtración o la centrifugación.

Materiales y métodos

Experiencias previas

Previo a la experiacia piloto con planta de hidrociclonado, se realizaron una serie de trabajos sobre limpieza de digestores anaerobios en depuradoras de la Región de Murcia, que justificaron la aplicación de técnicas de hidrociclonado a escala real, primero en la EDAR Los Regajos (Alcantarilla) y luego en la EDAR Murcia-Este.

Teóricamente, la limpieza de un digestor anaerobio que ha sufrido una considerable acumulación de material inerte en su interior debería suponer un incremento en las tasas de eliminación de materia orgánica y de producción de biogás, y posiblemente también de la proporción de metano en el mismo. La limpieza de un digestor es por otra parte costosa, no solo por el propio proceso de limpieza en sí, sino también por la necesidad de detener la producción durante el periodo de limpieza.

Se planteó un trabajo de evaluación de la eficiencia de los métodos de limpieza de tres digestores anaerobios de la Región de Murcia (Los Regajos-Alcantarilla, La Hoya-Lorca y Murcia-Este) en donde se llevaron a cabo operaciones de limpieza y por tanto se tenía información histórica. Este trabajo inicial se realizó en dos fases:

1. Recogida y análisis estadístico de los datos históricos de proceso en digestores anaerobios en los que se han realizado operaciones de limpieza, a fin de determinar si dichas acciones tienen una influencia estadísticamente significativa en el rendimiento global del proceso de digestión. Esta fase consistió en un análisis estadístico basado en la comparación de dos tratamientos, el rendimiento del proceso antes y después de la limpieza, medido en términos de producción y composición de biogás y de reducción de materia volátil, ambos en función de los kg de sólidos volátiles (SV) alimentados. Al comparar los datos antes y después de estas operaciones, se analizó el grado en que la limpieza afectaba, de forma estadísticamente significativa, al rendimiento del proceso de digestión.

2. Con la información obtenida en la fase anterior, se cuantificó la posible variación de costes debida al proceso de limpieza, para poder determinar la frecuencia de realización de limpiezas a partir de la cual las mismas resultan efectivas en términos de costes.
El estudio consistió fundamentalmente en un análisis estadístico basado en la comparación de las dos situaciones (antes y después de la lipieza), mediante el método de Análisis de la Varianza (ANOVA). Para ello se utiliza el programa MINITAB® (Salford Systems, San Diego, CA, USA).

Planta de Hidrociclonado

Para el hidrociclonado del residuo de los digestores anaerobios, también llamado digestato, se empleó una planta de hidrociclón compacta, modelo MLE 2/100-6/50-50.15-23/II R (AMP Avanced Mineral Processing, S.L., España), tal y como aparece en la Figura 1. Esta planta se alimentó con la corriente de entrada de undigestor de la EDAR Murcia-Este, y consta de un conjunto de tres elementos principales, que son el grupo de bombeo, los hidrociclones y un escurridor vibrante. Se incluyen 8 hidrociclones en paralelo, de los siguientes tipos:

• Dos hidrociclones PP010042 mod. I, revestidos de poliuretano, exterior e interiormente. El diámetro principal es de 10 cm, con un semiángulo del cono de 4º y dos cuerpos cilíndricos.
• Seis hidrociclones PP005050 mod. I, también revestidos de poliuretano tanto exterior como interiormente. El diámetro principal es de 5 cm, y tienen un semiángulo de cono de 5º.

Como elemento impulsor del influente, se utilizó una bomba centrífuga con variador de frecuencia y potencia instalada de 15 kW. El caudal de entrada fue de 20,70 m3/h y el de salida de 17,00 m3/h. El diámetro de corte de salida fue de 20 µm, con una tasa de rechazo de gruesos de 15,60 kg/h y de rechazo de finos de 22,03 kg/h.

Otros componentes importantes de esta planta son los escurridores vibrantes EV-23/II R, con dos moto vibradores de 3,2 kW de potencia total, de alta frecuencia y baja amplitud, instalados generalmente con indicación ascendente (0-5º). Por efecto de la vibración, las partículas sólidas contenidas en el producto de alimentación avanzan hacia el extremo de salida, mientras que el agua se filtra a través del propio material de alimentación y de la rejilla del fondo. El material avanza lentamente, formando una capa y saliendo finamente por el extremo opuesto al de alimentación con una humedad que oscila entre 8 y 25%, según la naturaleza y la granulometría del producto de alimentación.

La EDAR Murcia-Este está proyectada para un caudal de diseño de 100.000 m3/día y unas cargas contaminantes en temporada alta de 588 mg/l de DBO5 y 548 mg/l de sólidos en suspensión. El proceso de tratamiento biológico existente es del tipo A2/O modificado o “Johannesburgo”. La homogeneización de la mezcla en el interior de los digestores, se realiza mediante agitación por lanzas de gas comprimido en un compresor rotativo por digestor.

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