Reducción de la descarga del sedimentador de tubos: cómo una tubería por gravedad DN200 redujo los residuos de limpieza en 406 M³ y eliminó el desbordamiento del tanque

Cada dos meses, la planta de tratamiento de agua Fase III de CNOOC Fudao cierra un sedimentador tubular para su limpieza. La operación dura 4 horas. Se descarga1,500 m³de mezcla de lodo-agua en el tanque de recolección de lodo. El tanque nunca fue diseñado para ese tipo de aumento. Cuando finaliza el ciclo de limpieza, el nivel del tanque es peligrosamente alto, el sedimentador en línea no puede descargar el lodo normalmente y el sistema de tratamiento de lodos quema productos químicos y electricidad solo para mantener el ritmo. La solución no fue un tanque más grande o una bomba más grande - sino una tubería, un desnivel de 4,3 metros y la gravedad.

1. EL PROBLEMA: UNA FALTA DE CAPACIDAD CADA DOS MESES

La planta de tratamiento de agua de la Fase III opera dos trenes de tratamiento independientes, cada uno de los cuales utiliza un sedimentador de tubo a contracorriente para la sedimentación. Un sistema de tratamiento de lodos compartido gestiona la descarga de lodos de las tres fases de la planta. El sistema está construido alrededor de dos tanques de recolección de lodos, cada uno con un volumen efectivo de1,500 m³, para un total combinado de3,000 m³.

El diseño original suponía un caudal diario manejable: 1.200 m³/d de descarga normal de lodos de tres sedimentadores tubulares, más 300 m³/d de filtrado del filtro prensa. Pero durante un evento de limpieza, la realidad es muy diferente. Como muestra la Tabla 1, el flujo total de entrada al tanque de recolección de lodos aumenta a3,329.3 m³/d- excede la capacidad efectiva de diseño de3.029,3 m³/d por 300 m³/d.

Las consecuencias se multiplican rápidamente: el nivel del líquido del tanque de recolección aumenta hasta casi-desbordarse, el sedimentador de tubos en línea pierde su capacidad normal de descarga de lodos porque no hay capacidad de tanque vacío para recibirlo, y el sistema de tratamiento de lodos - diseñado para una operación en estado constante-- debe funcionar durante más horas. Más químicos. Más electricidad. Más mano de obra. Todo porque se enviaba agua clara que no necesitaba tratamiento al sistema de lodos.

2. ENTENDIENDO LAS ZONAS DE LOS COLONOS DEL TUBO - Y DONDE SE ENCUENTRA EL AGUA CLARA

El sedimentador de tubos se basa en el principio de tanque-poco profundo: al apilar módulos de tubos inclinados en la zona de sedimentación, se multiplica el área de sedimentación efectiva, se reduce el radio hidráulico y se promueve el flujo laminar -, todo lo cual mejora drásticamente la separación de sólidos en un espacio compacto.

Funcionalmente, el tanque está dividido en cuatro zonas verticales. Para cada tren de tratamiento Fase III (dimensiones internas: 8,8 m ancho × 22,0 m largo × 7,9 m profundidad efectiva), las alturas y volúmenes de las zonas son:

Aquí está la observación crítica: la zona de aguas claras se mantiene406,56 m³ - más del 26% del volumen total del tanque- y esa agua ya está tratada. Su turbidez es inferior a 10 mg/L. La turbidez de diseño del agua bruta de la planta es de 30 mg/L. Sin embargo, durante el procedimiento de vaciado y limpieza, todo este volumen de agua limpia se mezclaba con lodo y se enviaba al tanque de recolección para su re-tratamiento. Era agua limpia pagando el precio del agua sucia.

3. EL PROCEDIMIENTO DE LIMPIEZA ESTÁNDAR - Y POR QUÉ SOBRECARGA EL SISTEMA

Los sedimentadores de tubos acumulan lodo dentro y encima de los módulos de tubos durante el funcionamiento. Si no se controla, esta acumulación obstruye el flujo a través de los tubos, degrada la calidad del agua sedimentada e incluso puede causar una presión excesiva que provoque el colapso del módulo de tubos. El vaciado y la limpieza periódicos no son-negociables.

El procedimiento estándar sigue cuatro pasos: abrir las válvulas de drenaje inferiores, bajar el nivel del agua por debajo de la zona de los tubos y luego utilizar agua contra incendios-a presión para lavar los módulos de tubos desde la parte superior hasta que se desaloje el lodo acumulado. Deje de lavar, mantenga las válvulas de drenaje completamente abiertas para descargar el agua y los lodos de las zonas de distribución y acumulación, y cierre las válvulas.

El problema es quecada zona drena al tanque de recolección de lodos. La zona de agua clara - 406 m³ de agua tratada - se mezcla con el agua cargada de lodos-del tubo y las zonas de acumulación. Todo ello se dirige al tanque de recolección. La mayor parte eventualmente se separa y regresa al tanque de agua cruda de todos modos - pero solo después de pasar por el espesador, el filtro prensa y dos juegos de bombas elevadoras. El agua clara tiene que dar un largo y costoso desvío a través del sistema de tratamiento de lodos sin ningún motivo.

4. VERIFICACIÓN DE VIABILIDAD: TRES RAZONES POR LAS QUE FUNCIONA EL DESVÍO POR GRAVEDAD

El concepto de modernización es sencillo: en lugar de enviar los 406 m³ de la zona de agua clara al sistema de lodos, se desvían directamente al tanque de agua cruda. Se deben cumplir tres condiciones para que esto funcione:

Condición 1 - Compatibilidad con la calidad del agua.La turbidez de la zona de agua clara es inferior a 10 mg/L. La turbiedad de diseño del agua bruta de la planta es inferior a 30 mg/L. El agua clara esEn realidad, más limpio que el agua del río que ingresa a la planta.. Reciclarla como agua cruda es perfectamente aceptable.

Condición 2 - Cabezal de gravedad.La elevación inferior de la zona de aguas claras es+5.8 m. El nivel máximo de agua de diseño del tanque de agua cruda es+1.5 m. eso es unDiferencia de altura de 4,3 metros. No se necesita bomba. La gravedad hace el trabajo.

Condición 3 - Evitación de costes.Según la disposición existente, el agua limpia se bombea dos veces (bomba del tanque de recolección + bomba del tanque de retorno), se dosifica con PAM y se deposita en un-tanque de flujo radial -, todo antes de regresar al tanque de agua cruda. Un tubo de gravedad evita cada uno de estos pasos. La electricidad, los productos químicos y el tiempo de funcionamiento de los equipos disminuyen.

5. ESQUEMA DE TUBERÍAS: DN200, DOS CUENCOS, UN TUBO CADA UNO

El sedimentador de tubo consta de una cuenca este y una cuenca oeste que comparten una pared divisoria común. Se diseñó una línea de desviación por gravedad separada para cada uno.

Después de calcular la resistencia al flujo por gravedad en función de la longitud de la tubería, los accesorios, el material, la diferencia de elevación y el caudal requerido,Tubería de acero al carbono DN200 mm.fue seleccionado para ambas cuencas. El diámetro de la tubería es crítico: demasiado pequeño y el flujo de desviación demasiado lento para ser práctico; demasiado grande y la abertura de la pared del tanque crea un riesgo estructural innecesario.

La posición de entrada es igualmente importante. Demasiado cerca de la zona de los tubos, la velocidad de entrada podría sacar lodo de los tubos. El diseño sitúa la entradaverticalmente a 0,2 m por encima del fondo de la zona de agua clara(0,2 m por encima de la parte superior de la zona de asentamiento de los tubos) - lo suficientemente cerca para drenar eficazmente, lo suficientemente lejos para evitar alterar los tubos.

Cada tubería va desde su punto de toma a través de la pared del sedimentador hasta el canal de rejilla de toma de agua cruda de la planta Fase III. Los soportes de tubería aseguran el recorrido y unválvula de control de flujo más una válvula de compuertase instalan cerca del canal de la pantalla de la barra. La válvula de compuerta proporciona un cierre positivo durante el funcionamiento normal, evitando el reflujo involuntario. La válvula de control de flujo regula la tasa de desvío para evitar extraer lodo de los tubos o abrumar el tanque de agua cruda.

6. RESULTADOS MEDIDOS

Después de la modernización, los números contaban una historia clara. Durante los eventos de limpieza, la descarga de lodo-agua del sedimentador de tubos cayó desde1.529,3 m³/d a 1.122,8 m³/d. El caudal total de entrada al tanque de recogida de lodos disminuyó de3.329,3 m³/d a 2.922,8 m³/d- ahora cómodamente por debajo del límite de diseño de 3.029,3 m³/d.

Se eliminó el riesgo de desbordamiento. El sedimentador tubular en línea recuperó la capacidad normal de descarga de lodos. Y el sistema de tratamiento de lodos ya no tenía que procesar 406 m³ de agua ya-limpia en cada ciclo de limpieza.

Los aspectos económicos, aunque modestos, son dignos de mención. El sedimentador de tubo se limpia seis veces al año y cada ciclo devuelve 406,5 m³ de agua limpia directamente al tanque de agua cruda - un total anual de2,439 m³de carga de aguas residuales evitada. Basado en el consumo de polvo de PAM del sistema de tratamiento de lodos (~10 g/m³ a 25 RMB/kg) y la electricidad consumida por la bomba de elevación del tanque de recolección (15 kW, 50 m³/h) y la bomba del tanque de retorno (22 kW, 150 m³/h) a una tasa industrial de 0,9 RMB/kWh:

Los ahorros directos de 1.591 RMB/año son secundarios al beneficio operativo: un tanque de recolección de lodos que ya no corre riesgo de desbordarse, un sistema de tratamiento de lodos que funciona dentro de su envolvente de diseño y un procedimiento de limpieza que ya no interrumpe el resto de la planta.

CONCLUSIONES CLAVE

1.Si la zona de agua clara de su sedimentador de tubos contiene agua tratada, no debe pasar a través del sistema de tratamiento de lodos. Un retorno directo al tanque de agua cruda elimina la doble-manipulación.

2.Un desnivel de 4,3 m es más que suficiente para el flujo por gravedad. Antes de agregar bombas, verifique si las elevaciones del tanque ya le brindan lo que necesita.

3.La posición de admisión importa. Colocar la toma a 0,2 m por encima de la parte superior de la zona del tubo evita que el flujo de desviación saque el lodo de los tubos - lo suficientemente cerca para drenar, lo suficientemente lejos para evitar perturbaciones.

4.El tamaño de la tubería requiere un cálculo de la resistencia al flujo por gravedad - no es una regla general. DN200 era el adecuado para esta planta; El diámetro de la tubería de su planta depende de su diferencia de elevación específica, la longitud de la tubería y el caudal requerido.

5.La configuración mínima de la válvula es una válvula de compuerta para cierre positivo más una válvula de control de flujo para regulación de caudal. Sin ambos, corre el riesgo de contraflujo durante el funcionamiento normal o de efectos de succión durante el desvío.