Sistemas de Tanques de Clarificación GFS de Integrated Treatment Solutions para la Separación de Sólidos y Líquidos
Creado 03.06
Soluciones de tratamiento integradas Sistemas de tanques de clarificación GFS para la separación líquido-sólido
Un tanque de clarificación separa los sólidos del líquido por gravedad, y su rendimiento está determinado por la tasa de desbordamiento superficial, no por el espesor de la pared. Una carga superficial entre 0,5 y 2,0 m³/m²·día es la banda de planificación para la mayoría de la clarificación municipal e industrial, ajustada según la velocidad de sedimentación de los sólidos y la calidad requerida del efluente. Cuando ese cálculo indica una gran huella, un tanque atornillado de acero revestido de vidrio es una forma práctica de construirlo: el revestimiento de esmalte resiste las condiciones anaeróbicas y ácidas que se desarrollan en el manto de lodos, y los paneles atornillados pueden entregarse como un tanque completo con raspador, tolva y techo. Las dos decisiones de diseño que determinan si el tanque funciona son el mecanismo de recolección de lodos y la tasa de extracción del manto.
Introducción
La planta ya se ha construido alrededor del clarificador. Las tuberías están trazadas, la sala de sopladores está hormigonada, y el ingeniero de procesos necesita un volumen de tanque y un tiempo de retención antes de que el alcance civil pueda cerrarse. Lo que hace esto difícil es que un clarificador no es un tanque de almacenamiento con una entrada tranquila: es un dispositivo de separación por gravedad donde el tiempo de residencia, la energía de entrada y la profundidad del manto de lodos deben ser correctos en conjunto, y donde la pared del tanque tiene que contener una zona de lodos que se vuelve anaerobia, huele y corroe. Este artículo cubre el cálculo de separación, los mecanismos de recolección, y cómo se especifica un clarificador de acero recubierto de vidrio para que el tanque y el proceso se comporten como un solo sistema. Lo que la planta realmente compra bajo el encabezado de soluciones de tratamiento integradas son sistemas de tanques de clarificación GFS para separación líquido-sólido especificados como un tren con un colector de entrada común y una única extracción de lodos, no un recipiente comprado contra un plano.
Qué separa realmente los sólidos
La clarificación está regida por la tasa de desbordamiento superficial, y todo lo demás son detalles. La expresión de diseño es simple: la carga superficial en metros cúbicos por metro cuadrado por día es igual al caudal dividido por el área en planta. La mayoría de las clarificaciones primarias municipales y muchas funciones de igualación industrial se sitúan en la banda de 0,5 a 2,0 m³/m²·día, con la cifra exacta determinada por la velocidad de sedimentación de las partículas y la calidad del efluente que la planta tiene permitida. Una vez elegida la carga superficial requerida, el área en planta se deriva del caudal de diseño, y el diámetro se deriva del área. Un caudal de 2.000 m³/h a 1,2 m³/m²·día necesita aproximadamente 1.400 m² de área en planta, lo que corresponde a un diámetro cercano a 42 m, que es exactamente el tamaño en el que un sistema de paneles atornillados empieza a tener más sentido que una balsa construida in situ. A ese tamaño, las soluciones de tratamiento integradas, los sistemas de tanque de clarificación GFS para la separación líquido-sólido, suelen ser más económicas de erigir que una balsa vertida, porque los paneles llegan planos y la obra civil se reduce a una viga anular.
Se aplican dos correcciones a ese número. La primera es la zona de entrada: una entrada mal ubicada crea un cortocircuito que destruye el área efectiva de sedimentación, por lo que el pozo de entrada y el deflector deben dimensionarse con el mismo cuidado que el tanque. La segunda es el manto de lodos: un clarificador que extrae su manto demasiado rápido pierde captura, y uno que extrae demasiado lento permite que el manto se vuelva anaerobio y ascienda a la zona de sedimentación. La respuesta práctica es un raspador de velocidad variable cuya velocidad de desplazamiento se ajuste a la profundidad del manto medida en el cono. Especificados como parte de las obras, los sistemas de tanque de clarificación GFS de soluciones de tratamiento integradas para la separación líquido-sólido solo vale la pena comprarlos cuando la velocidad del raspador, la profundidad del manto y la tasa de extracción se establecen conjuntamente.
Construcción del tanque para servicio de clarificador
El tanque de acero debe resistir la zona de lodos, que es la parte menos favorable de cualquier planta de tratamiento. Por debajo de la zona de sedimentación se encuentra una capa de sólidos orgánicos que se vuelve anaerobia, reduce localmente el pH y produce sulfuro. Un interior de acero al carbono pintado en esa zona falla en la línea de líquido en pocos años. Los paneles de acero recubiertos de vidrio lo resuelven de otra manera: el esmalte se fusiona al acero a 820–930 °C como una capa de 0,25–0,45 mm, es inerte en un rango de pH 1–14 y presenta una superficie inferior a Ra 0,8 µm. Los modos de falla que importan pasan a ser la delaminación y los poros, que son aspectos de control de fabricación en lugar de aspectos de reparación en campo, y que se detectan mediante la prueba de chispa de 1500 V CC después del ensamblaje.
La geometría sigue al mecanismo. Un clarificador circular con pozo de alimentación central y raspador radial o de puente hacia un fondo cónico central es la disposición estándar para una unidad de tanque único. Los clarificadores cuadrados o rectangulares atornillados son posibles, pero desperdician área en planta y complican el raspador. Un fondo de tolva proporciona una zona de lodos compacta con alta extracción de sólidos, se adapta a una carcasa GFS porque la tolva puede construirse con los mismos paneles con un perfil modificado, y se contrapone a una excavación más profunda. Un fondo plano con raspador y extracción lateral es menos profundo pero retiene un mayor volumen de manto de lodos, que actúa como amortiguador a costa del rendimiento de captura.
Raspador, accionamiento y el alcance mecánico
El paquete mecánico decide si el tanque es un clarificador o un contenedor de suciedad. Un raspador de puente con accionamiento central se desplaza lentamente, típicamente a velocidades que mueven el lodo recolectado hacia la tolva central sin resuspenderlo; un raspador con accionamiento periférico se desplaza alrededor de la pared del tanque y es adecuado para grandes diámetros donde un puente central necesitaría una estructura excesiva. La selección del accionamiento, la protección de los rodamientos contra el sulfuro de hidrógeno y el diseño de las paletas del raspador que evita arar el manto de lodo son los tres aspectos a especificar cuidadosamente. En un tanque GFS atornillado, el puente puede ser una estructura de acero fabricada entregada en secciones y atornillada en el sitio, lo que evita la soldadura en campo y el tratamiento térmico que necesitaría un clarificador colado en sitio o soldado.
La ventilación es el segundo tema mecánico. El espacio de cabeza de un clarificador transportará sulfuro de hidrógeno y metano desde el manto de lodos, por lo que el techo y la ventilación deben tratarse como un aspecto de corrosión y seguridad, y no como algo secundario. El esmalte se encarga del lado líquido; el acero del techo, la chimenea de ventilación y el accionamiento del raspador necesitan recubrimiento o selección de material para el espacio gaseoso. Cuando el espacio de cabeza está cerrado, la solución habitual es un techo con opción de membrana hermética a los gases y alivio de presión y vacío, y la ventilación debe dimensionarse para la generación de gas del manto de lodos a carga máxima.
Especificación técnica
Parámetro | Valor típico / Rango | Nota |
Tasa de desbordamiento superficial | 0,5–2,0 m³/m²·día | banda de planificación para la mayoría de los clarificadores |
Caudal de diseño, ejemplo | 2.000 m³/h | establece el área en planta y por tanto el diámetro |
Área del plan, caso de ejemplo | aproximadamente 1.400 m² | caudal dividido por la carga superficial |
Tiempo de detención | típicamente varias horas | verificar contra la captura requerida |
Profundidad del manto de lodos | controlado por la tasa de extracción | extraer más rápido para ganar captura, más lento para amortiguar |
Temperatura de fusión del esmalte | 820–930 °C | vidrio fusionado al acero en un solo ciclo |
Espesor de la capa de esmalte | 0,25–0,45 mm | Prueba de chispa de 1500 V CC después del montaje |
Resistencia del esmalte al pH | 1–14 | inerte en toda la zona del manto anaerobio |
Rugosidad de la superficie interior | Ra < 0,8 µm | reduce la deposición en la pared |
Ancho del panel | aproximadamente 1,2 m | sistema modular de paneles atornillados |
Grado de perno | pernos de grado 8.8 | conexión con inhibidor de corrosión |
Vida de diseño | al menos 30 años | bajo el servicio químico especificado |
Integración de clarificadores en una solución de tratamiento integrada
Una solución de tratamiento integrada solo es creíble si el clarificador se dimensionó junto con sus vecinos aguas arriba y aguas abajo, y no se dimensionó de forma independiente para luego conectarlo. El tanque de igualación situado antes de él amortigua el caudal, de modo que no se le exige al clarificador que absorba un pico que no puede sedimentar. La etapa biológica situada antes de él fija la carga de sólidos. El espesador o la unidad de espesamiento situada después de él establece la concentración de extracción de lodos, y el digestor o reactor anaerobio situado después de él recibe los lodos extraídos. En una instalación industrial donde los lodos se destinan a digestión anaerobia, la concentración de salida del clarificador determina el tiempo de retención del digestor, que a su vez determina el volumen del digestor.
Para una ruta anaerobia, la banda operativa es mesófila a 35–38 °C con un tiempo de retención hidráulica de 20–30 días para lodos municipales convencionales, y un rendimiento de biogás de 0,5–0,6 m³ por kg de sólidos volátiles añadidos. Esa cadena es la razón por la que solicitamos el tren de tratamiento completo, no solo el tanque: el clarificador que envía 4 por ciento de sólidos al digestor es una máquina diferente de la que envía 2 por ciento. Cuando un proyecto se sitúa en una clase de servicio sin una entrega directamente comparable en el expediente, describimos lo que se entrega en funciones vecinas para aguas residuales municipales e industriales, con un rango de capacidad verificado por la especificación del proyecto, en lugar de implicar un sitio pasado específico.
Caso de proyecto
Proyecto | Ubicación | Producto | Capacidad | Alcance |
Tanque de agua de gran diámetro | Namibia | Tanque GFS | 44.900 m³ | suministro y supervisión |
Tanques de agua contra incendios, dos unidades | China, Sichuan | Tanques GFS | 8.930 m³ | φ19,87 × 14,4 m cada uno, suministro |
Tanques de aguas residuales municipales, 10 unidades | China, Sichuan | Tanques GFS | 17.420 m³ en total | suministro y montaje en obra |
Tanques de aguas residuales industriales, 27 unidades | China, Xinjiang | Tanques GFS | 30.469 m³ en total | suministro y supervisión |
Capacidad de ingeniería de Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) ha diseñado y fabricado tanques de almacenamiento atornillados desde 2008. Como el primer fabricante de tanques de vidrio fundido al acero (GFS) en China, la empresa posee cerca de 200 patentes relacionadas con el esmalte, produce aproximadamente 300.000 placas de acero recubiertas de esmalte al año, ha completado más de 30.000 proyectos instalados y suministra sus tanques a más de 100 países. Se añadió la nueva base de producción de 150.000 m² para aumentar la capacidad de producción, y se suministran tanques individuales de hasta 60.000 m³. La fabricación se realiza bajo ISO 9001 e ISO 45001, con certificación de producto que incluye NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI y EUROCODE, y diseño referenciado a AWWA D103-09, AWWA C550 y NFPA donde la aplicación lo requiera.
Para la clarificación y separación líquido-sólido, esto se extiende más allá de la envolvente hacia el puente de recolección de lodos, la tolva, el techo y la ventilación dimensionados para el gas del manto, y la interfaz hacia un tren de digestión anaerobia donde la concentración extraída establece el volumen del reactor.
Preguntas frecuentes
P1: ¿Cómo se dimensiona un clarificador en lugar de un tanque de almacenamiento?
A1: A partir de la tasa de desbordamiento superficial, no solo de un tiempo de retención. Divida el caudal de diseño entre la carga superficial requerida para obtener el área en planta, tome el diámetro a partir de esa área, luego agregue el pozo de entrada, la estructura del raspador y el francobordo a la altura de la carcasa.
P2: ¿Se puede construir un tanque de acero vitrificado atornillado con fondo cónico?
R2: Sí. La tolva se construye con el mismo sistema de paneles con un perfil modificado, y el patrón de uniones atornilladas hace que el cono sea un ensamblaje controlado en fábrica en lugar de una soldadura en campo. La excavación más profunda es la contrapartida.
P3: ¿Qué causa que un clarificador pierda captura después de la puesta en marcha?
R3: Generalmente, el manto de lodos que invade la zona de sedimentación por una acumulación demasiado profunda, o una velocidad del raspador que resuspende el manto. Ambos son ajustes operativos; la respuesta de diseño es un raspado de velocidad variable con medición de la profundidad del manto en el cono.
P4: ¿Ayuda el revestimiento de esmalte en un clarificador?
A4: Sí. El manto de lodos se vuelve anaerobio y ácido, y el esmalte es inerte en un rango de pH de 1 a 14. Elimina la corrosión del revestimiento como modo de falla y deja el alcance mecánico, el recubrimiento externo y las uniones atornilladas como elementos de inspección.
P5: ¿Debería sellarse la cubierta del clarificador?
R5: Solo donde la generación de gas lo justifique, y en ese caso con alivio de presión y vacío y una ventilación dimensionada para la carga máxima. Una ventilación abierta en un espacio de cabeza corrosivo aún requiere acero recubierto o aleado en la zona de gas.
P6: ¿Cómo interactúa el clarificador con un digestor anaerobio?
R6: El clarificador establece la concentración de lodo espesado, lo que establece la tasa de carga del digestor y, por lo tanto, el volumen requerido a un tiempo de retención mesofílico de 20 a 30 días. Cambiar la extracción del clarificador cambia el tamaño del digestor.
P7: ¿Se puede ampliar un clarificador más adelante?
R7: En una carcasa atornillada sí, añadiendo una segunda unidad en paralelo o elevando la carcasa con paneles adicionales. Lo habitual es la solución en paralelo porque el rendimiento del clarificador depende del área en planta, y duplicar el área significa un segundo tanque en lugar de uno más alto.
Conclusión
Un sistema de tanque clarificador funciona cuando la carga superficial, la disposición de entrada y la tasa de extracción de lodos se diseñan conjuntamente, y cuando la carcasa puede contener un manto anaerobio durante décadas sin convertirse en el elemento de mantenimiento. Las carcasas atornilladas de acero vitrificado responden directamente a la segunda mitad de ese requisito, y el formato de paneles atornillados hace que un clarificador de gran diámetro sea entregable a sitios donde una balsa construida in situ sería poco práctica.
Envíenos el caudal de diseño, los sólidos influentes y efluentes, la parcela disponible y la ruta de lodos aguas abajo, y le devolveremos el cálculo de carga superficial, el diámetro y la altura de la carcasa, y el alcance mecánico para su revisión.
Hable con un ingeniero
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