Un clarificador de láminas o sedimentador de placas inclinadas (IPS) es un tipo de clarificador diseñado para eliminar partículas de líquidos.
Los clarificadores de láminas se pueden utilizar en una variedad de industrias, incluida la minería y el acabado de metales, así como para tratar aguas subterráneas , agua de procesos industriales y retrolavado de filtros de arena . [1] Los clarificadores de láminas son ideales para aplicaciones donde la carga de sólidos es variable y el tamaño de los sólidos es fino. [2] Son más comunes que los clarificadores convencionales en muchos sitios industriales, debido a su menor tamaño. [3]
Una aplicación específica es el pretratamiento de efluentes que entran en filtros de membrana . Los clarificadores de láminas se consideran una de las mejores opciones de pretratamiento antes de la ultrafiltración . [4] Su diseño totalmente de acero minimiza las posibilidades de que parte de la placa inclinada se desprenda y sea arrastrada hacia la membrana, especialmente en comparación con los sedimentadores de tubos, que están hechos de plástico. Además, los clarificadores de láminas pueden mantener la calidad del agua requerida en la membrana con o sin el uso de productos químicos. Se trata de una medida de ahorro de costes, tanto en la compra de productos químicos como en la limitación de daños a la membrana, ya que las membranas no funcionan bien con las partículas grandes contenidas en floculantes y coagulantes .
Los clarificadores de láminas también se utilizan en los procesos de tratamiento de aguas residuales municipales . [5] La aplicación de aguas residuales más común para los clarificadores de láminas es como parte de la etapa de tratamiento terciario. Los clarificadores de láminas se pueden integrar en el proceso de tratamiento o se pueden utilizar unidades independientes para aumentar el flujo a través de las plantas de tratamiento de agua existentes. [6] Una posibilidad para integrar clarificadores de láminas en las instalaciones existentes es mejorar los clarificadores convencionales o de manto de lodos mediante la instalación de un conjunto de placas o tubos inclinados antes del rebosadero en la llamada "zona de agua clara". Esto puede duplicar el área de sedimentación, lo que resulta en una disminución de la carga de sólidos en el desbordamiento. [7]
La principal ventaja de los clarificadores de láminas sobre otros sistemas de clarificación es la gran área de sedimentación efectiva provocada por el uso de placas inclinadas, lo que mejora las condiciones de funcionamiento de los clarificadores de varias maneras. La unidad es más compacta y normalmente requiere sólo entre el 65 y el 80 % del área de los clarificadores que funcionan sin placas inclinadas. [3] Por lo tanto, cuando las limitaciones de la huella del sitio son preocupantes, se prefiere un sistema clarificador de láminas. El área requerida reducida permite la posibilidad de ubicar y operar los clarificadores en el interior, reduciendo algunos de los problemas comunes de crecimiento de algas , obstrucciones debido a la acumulación de escombros y control de olores, que ocurren cuando la maquinaria está al aire libre. La operación dentro de un espacio cerrado también permite un mejor control de las condiciones de temperatura y presión de operación. [8] Las placas inclinadas significan que el clarificador puede funcionar con tasas de desbordamiento de 2 a 4 veces mayores que las de los clarificadores tradicionales, lo que permite un mayor caudal de entrada y, por lo tanto, un proceso de clarificación más eficiente en tiempo. [3] Los clarificadores de láminas también ofrecen un diseño simple sin requerir el uso de productos químicos. Por tanto, pueden actuar como tratamiento previo para procesos delicados de membrana. Cuando sea necesario, se pueden agregar floculantes para promover la eficiencia.
El rendimiento del clarificador de láminas puede mejorarse añadiendo floculantes y coagulantes. [9] Estos productos químicos optimizan el proceso de sedimentación y provocan una mayor pureza del agua de desbordamiento al garantizar que todos los sólidos más pequeños se sedimenten en el flujo inferior de lodos. [10]
Otra ventaja del clarificador de láminas es la clara ausencia de piezas mecánicas móviles. Por lo tanto, el sistema no requiere ningún aporte de energía excepto la bomba de afluente y tiene una propensión mucho menor a fallas mecánicas que otros clarificadores. Esta ventaja se extiende a consideraciones de seguridad al operar la planta. La ausencia de elementos mecánicos da como resultado un entorno de trabajo más seguro, con menos posibilidades de sufrir lesiones. [10]
Si bien el clarificador de láminas ha superado muchas dificultades encontradas por el uso de clarificadores más tradicionales, todavía existen algunas desventajas relacionadas con la configuración y el funcionamiento del equipo. Los clarificadores de láminas no pueden tratar la mayoría de las mezclas de alimentos crudos, que requieren algún tratamiento previo para eliminar materiales que podrían disminuir la eficiencia de la separación. La alimentación requiere un procesamiento inicial en un cribado fino avanzado y eliminación de arena y grasa para garantizar que la mezcla afluente tenga una composición adecuada. [8]
El diseño del clarificador crea turbulencias adicionales a medida que el agua gira en una esquina desde la alimentación hasta las placas inclinadas. Esta zona de mayor turbulencia coincide con el punto de recogida de lodos y el agua que fluye puede provocar cierta resuspensión de sólidos, al mismo tiempo que diluye los lodos. [11] Esto resulta en la necesidad de un tratamiento adicional para eliminar el exceso de humedad del lodo. Las entradas y descargas del clarificador deben diseñarse para distribuir el flujo de manera uniforme. [3]
Se requiere un mantenimiento regular ya que el lodo fluye por las placas inclinadas y las deja sucias. La limpieza regular ayuda a prevenir la distribución desigual del flujo. [3] Además, las placas mal mantenidas pueden causar una distribución desigual del flujo y sacrificar la eficiencia del proceso. [12] Las placas muy juntas dificultan la limpieza. Sin embargo, se pueden instalar placas laminares extraíbles y con soporte independiente. [8]
Los clarificadores de láminas disponibles comercialmente requieren una geometría de cuenca de concreto y un soporte estructural diferentes a los de los sistemas de clarificación convencionales ampliamente utilizados en la industria, [13], lo que aumenta el costo de instalación de un nuevo sistema de clarificación (laminar).
El diseño típico de un clarificador de láminas consta de una serie de placas inclinadas dentro de un recipiente, consulte la primera figura. La corriente de agua de alimentación sin tratar ingresa desde la parte superior del recipiente y fluye por un canal de alimentación debajo de las placas inclinadas. Luego, el agua fluye hacia el interior del clarificador entre las placas inclinadas. Durante este tiempo, los sólidos se depositan en las placas y finalmente caen al fondo del recipiente. [3] La ruta que toma una partícula dependerá del caudal de la suspensión y de la velocidad de sedimentación de la partícula y se puede ver en la segunda figura. En el fondo del recipiente una tolva o embudo recoge estas partículas en forma de lodo. Los lodos pueden descargarse de forma continua o intermitente. Por encima de las placas inclinadas se depositan todas las partículas y se produce agua clarificada que se conduce a un canal de salida. El agua clarificada sale del sistema en una corriente de salida.
.png/1280px-Particle_Settling_Behaviour_(Lamella_Clarifier).png)
Hay varios diseños de clarificadores de láminas patentados. Las placas inclinadas pueden estar basadas en tubos circulares, hexagonales o rectangulares. Algunas posibles características de diseño incluyen:
Los clarificadores de láminas pueden manejar una concentración máxima de agua de alimentación de 10000 mg/L de grasa y 3000 mg/L de sólidos. Las eficiencias de separación esperadas para una unidad típica son:
La inversión inicial requerida para un clarificador de láminas típico varía entre 750 y 2 500 dólares EE.UU. por metro cúbico de agua a tratar, dependiendo del diseño del clarificador. [10]
La tasa de carga superficial (también conocida como tasa de desbordamiento superficial o tasa de sedimentación superficial) para un clarificador de laminillas se encuentra entre 10 y 25 m3/h. Para estas tasas de sedimentación, el tiempo de retención en el clarificador es bajo, alrededor de 20 minutos o menos, [7] con capacidades operativas que tienden a oscilar entre 1 y 3 m 3 /hora/m 2 (de área proyectada). [15]
La separación de sólidos se describe mediante la eficacia de la sedimentación , η. Que depende de la concentración, el caudal, la distribución del tamaño de las partículas, los patrones de flujo y el empaquetamiento de las placas y se define mediante la siguiente ecuación. [dieciséis]
η = (c 1 -c 2 )/c 2
donde c 1 es la concentración de entrada y c 2 la concentración de salida.
El ángulo inclinado de las placas permite una mayor tasa de carga/rendimiento y un menor tiempo de retención en relación con los clarificadores convencionales. Aumento de la tasa de carga de 2-3 veces respecto al clarificador convencional (del mismo tamaño). [14]
El área de superficie total requerida para la sedimentación se puede calcular para una placa de laminillas con N placas, cada placa de ancho W, con paso de placa θ y espaciado de tubos p.
Dónde,
A = W∙(Np+cos θ)
La Tabla 1 presenta las características y rangos de operación de diferentes unidades de clarificación. [14]
Donde la tasa de desbordamiento es una medida de la capacidad de carga de fluido del clarificador y se define como la tasa de flujo del afluente dividida por el área horizontal del clarificador. El tiempo de retención es el tiempo promedio que permanece una partícula en el clarificador. La turbidez es una medida de turbidez. Los valores más altos de eficiencia de eliminación de turbidez corresponden a menos partículas que quedan en la corriente clarificada. La velocidad de sedimentación de una partícula también se puede determinar mediante la ley de Stokes . [17]
Tanto la corriente de rebose como la corriente de fondo de un clarificador de láminas a menudo requerirán un tratamiento posterior. La corriente inferior a menudo se somete a un proceso de deshidratación, como un espesador o un filtro prensa de correa para aumentar la densidad de la suspensión . Este es un postratamiento importante ya que la lechada inferior a menudo no puede reciclarse nuevamente en el proceso. En tal caso, a menudo es necesario transportarlo a una planta de eliminación, y el coste de este transporte depende del volumen y peso del lodo. [3] Por lo tanto, un proceso de deshidratación eficiente puede resultar en un ahorro sustancial de costos. Cuando la lechada se puede reciclar a través del proceso, a menudo es necesario secarla, y deshidratarla nuevamente es un paso importante en este proceso.
El postratamiento requerido para la corriente de desbordamiento depende tanto de la naturaleza de la corriente de entrada como de para qué se utilizará el desbordamiento. Por ejemplo, si el fluido que se pasa por el clarificador de láminas proviene de una planta industrial pesada, puede requerir un tratamiento posterior para eliminar el aceite y la grasa, especialmente si el efluente se va a descargar al medio ambiente. A menudo se utiliza una unidad de proceso de separación, como un coalescente, para desencadenar físicamente una separación del agua y los aceites. [19]
Para el tratamiento de agua potable, el rebose del clarificador de láminas requerirá un tratamiento adicional para eliminar las moléculas orgánicas , así como una desinfección para eliminar las bacterias. También pasará por una serie de unidades de pulido para eliminar el olor y mejorar el color del agua. [3]
En los clarificadores de láminas existe una tendencia a que crezcan algas en las placas inclinadas y esto puede ser un problema, especialmente si el exceso se descarga al medio ambiente o si el clarificador de láminas se utiliza como pretratamiento para una unidad de filtración de membrana. En cualquiera de estos casos, el rebosadero requiere un tratamiento posterior, como un filtro de arena de antracita , para evitar que las algas se propaguen aguas abajo del clarificador de láminas. Como las placas inclinadas del clarificador de láminas están hechas de acero, no se recomienda utilizar cloro para controlar el crecimiento biológico, ya que podría acelerar la corrosión de las placas. [7]
Una variación del diseño estándar de un clarificador de láminas que se está desarrollando es la forma en que se recoge el efluente en la parte superior de las placas inclinadas. En lugar de que el efluente fluya por la parte superior de las placas inclinadas hacia el canal de salida, fluye a través de orificios en la parte superior de las placas. Este diseño permite una contrapresión más consistente en los canales entre las placas y, por lo tanto, se desarrolla un perfil de flujo más consistente. Obviamente, este diseño sólo funciona para corrientes de efluentes relativamente limpias, ya que los orificios se bloquearían rápidamente con depósitos que reducirían gravemente la eficiencia de la unidad. [6] Otro diseño nuevo incluye una parte superior ajustable del recipiente para que se pueda cambiar la altura del recipiente. Este ajuste de altura es relativo a un deflector, que dirige la corriente de entrada. Este diseño estaba destinado a ser utilizado para decantar aguas pluviales. [20]
Otra variación de diseño que mejora la eficiencia de la unidad de separación es la forma en que el efluente ingresa al clarificador de láminas. El diseño de clarificador estándar hace que el efluente ingrese por el fondo de las placas inclinadas, chocando con el lodo que se desliza hacia abajo por las placas. Esta región de mezcla inutiliza el 20% inferior de las placas inclinadas para la sedimentación. Al diseñar el clarificador de laminillas de manera que el efluente entre en las placas inclinadas sin interferir con el flujo descendente de la lechada, la capacidad del clarificador de laminillas se puede mejorar en un 25%. [1]
{{cite book}}: |first=tiene nombre genérico ( ayuda )Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace ){{cite book}}: |first=tiene nombre genérico ( ayuda )Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )