ES2239555T3 - Dispositivo de secado de productos tales como particularmente lodos de estaciones depuradoras. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de secado de productos tales como particularmente lodos procedentes de estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas o industriales utilizando la energía solar, realizado en forma de un invernadero (1) que comprende una losa o piso (2) sobre el cual se deposita el lecho (3) de lodos a secar, estando previstos medios (4) para asegurar el retorno de los lodos extendidos por el indicado piso y su progresión a lo largo del dispositivo de secado, este último comprende además ventiladores para asegurar la renovación del aire contenido en el indicado invernadero, caracterizado porque los indicados ventiladores (6) están posicionados sobre los medios (4) que aseguran el retorno y la progresión del lecho de lodos.

Description

[0001] La presente invención se refiere al secado de desechos, particularmente de lodos procedentes de estaciones de tratamiento depuradoras de aguas residuales urbanas o industriales y la misma se propone aportar un dispositivo de secado que utiliza la energía solar (Ver por ejemplo el documento DE-A-4315321).

[0002] Se sabe que los lodos de la depuración constituyen desechos inevitables en el tratamiento del agua: cada individuo los produce por término medio aproximadamente 20 kilos por año, lo cual representa para Europa más de 10 millones de toneladas por año, expresadas en Materias Secas, o sea 50 millones de toneladas de lodos brutos cuando se hace referencia a los lodos denominados “húmedos” que están compuestos por un 20% de Materias Secas y un 80% de agua.

[0003] En el momento actual varios destinos son posibles para estos lodos, particularmente: el vertedero, la incineración y el esparcimiento de abono agrícola: en cada uno de estos casos el secado de los lodos aparece como una etapa ineludible que permite reducir en un factor de 4 los volúmenes a almacenar, transportar y eliminar. Sin embargo, habida cuenta de numerosas obligaciones (en particular técnicas, sanitarias, reglamentarias...) tales hileras de evacuación de los lodos son cada vez más complejas, por consiguiente cada vez más caras y pueden incluso ser cuestionadas localmente incluso también prohibidas.

[0004] Se concibe que este secado constituya en el momento actual un mercado en pleno crecimiento y que represente una parte notable del coste resultante de los procesos de eliminación/valorización de los desechos que representan los lodos biológicos procedentes de las estaciones depuradoras de aguas residuales. Esta parte resulta tanto más importante en el presupuesto de la estación depuradora cuando ésta es de pequeña capacidad.

[0005] La mayoría de las instalaciones de secado de los lodos son instalaciones denominadas “de secado térmico”. Las mismas son grandes consumidoras de energía (aproximadamente 1000 kWh por tonelada de agua evaporada), fósil en particular y necesitan la presencia de personal cualificado e inversiones importantes. Por este motivo, estas soluciones según el estado actual de la técnica están, económicamente hablando, mal adaptadas a las estaciones de capacidad pequeña o mediana.

[0006] Se ha considerado igualmente realizar un secado de los lodos por radiación solar, presentando esta técnica la ventaja de utilizar una energía renovable y una tecnología de construcción sencilla correspondiente de la concepción de invernaderos de tipo hortícola. Con el fin de mejorar los rendimientos de secado de tales instalaciones solares, los invernaderos están generalmente provistos de medios que aseguran el removido del lodo a secar, incluso su progresión a lo largo de la instalación de secado. Así, el producto a secar presenta siempre una superficie húmeda en contacto con el aire, evitando así la formación de una “corteza” en la superficie del lecho de lodos y permitiendo mejorar el rendimiento de evaporación del agua en el tratamiento de secado.

[0007] Las realizaciones de secadores solares conocidas hasta ahora, aseguran la extracción del vapor de agua resultante del secado progresivo de los lodos mediante fenómenos conocidos de convección natural, inducida por las diferencias de densidad del aire en el invernadero (debiéndose estas diferencias a los gradientes de temperatura e higrometría); los secadores solares de este tipo están a veces provistos de ventiladores con el fin de asegurar una circulación y una renovación forzadas de la atmósfera gaseosa del secador (convección forzada).

[0008] En las instalaciones conocidas, estos ventiladores están situados en la parte superior del invernadero (es decir en el techo”) y están dimensionados con el fin de prever un cierto porcentaje de renovación del volumen total del aire contenido en el invernadero. Por este motivo, el coste del puesto “ventilación forzada” representa entre un 25 y un 50% de los consumos eléctricos relacionados con el funcionamiento del secador. Ahora bien. Los estudios de optimización a los cuales se ha procedido muestran que es la renovación de la capa de aire en contacto inmediato con el lecho de lodos a secar el que mayores repercusiones tiene sobre la eficacia del proceso de evaporación.

[0009] El dimensionamiento de un dispositivo de secado solar está relacionado con los factores meteorológicos del lugar de instalación de este dispositivo. Por otro lado, la operabilidad de los equipamientos de secado es extremadamente limitada durante la noche y en período invernal: la disponibilidad anual, esencialmente diurna, no sobrepasa el 30% del tiempo. Además, es habitual considerar que, en las regiones templadas, un 70% de la cantidad de agua anual presente en los lodos se evapora durante los 3 meses más calientes del año.

[0010] Estos diversos imperativos obligan a sobredimensionar notablemente las instalaciones previendo grandes superficies para secar cantidades de lodos relativamente pequeñas. En función de las regiones de instalación, por una parte, y del grado de optimización de los procedimientos puestos en práctica por otra parte, la superficie instalada de un secador solar oscila entre 0,3 y 1 m2 de invernadero por tonelada de lodos a tratar y por año (desecación inicial 25% y desecación inicial 75%).

[0011] El funcionamiento de los equipos de secado solar está ventajosamente sujeto a las variaciones de uno o de varios parámetros tales como particularmente: la radiación solar medida, la temperatura del aire, la humedad del aire en el interior y en el exterior del invernadero.

[0012] El sistema se activa por consiguiente en función del poder secador del aire, sin tener en cuenta la presión parcial de vapor de agua en la superficie del lodo.

[0013] Otro inconveniente de las soluciones según la técnica anterior de este secado solar reside en que la alimentación del lodo, en uno de los extremos del secador se realiza con la ayuda de un ingenio móvil de carga del tipo “Tractopelle”, provisto de un cangilón móvil. El lodo se deposita en montones más o menos regulares a la entrada del invernadero, sin que la superficie del depósito de lodos sea realmente optimizada e integrada a la zona de secado.

[0014] Partiendo del estado de la técnica mencionado anteriormente, la presente invención propone aportar una instalación de secado solar que permita particularmente reducir el tiempo de secado gastando menos energía.

[0015] Consecuentemente, la invención se refiere a un dispositivo de secado de productos tales como particularmente lodos procedentes de estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas o industriales utilizando energía solar, realizado en forma de un invernadero que comprende una losa o piso sobre el cual se deposita el lecho de lodos a secar, estando previstos medios para asegurar el removido de los lodos esparcidos sobre el indicado piso y su progresión a lo largo del dispositivo de secado, este último comprende además ventiladores para asegurar la renovación del aire contenido en el indicado invernadero, caracterizado porque los indicados ventiladores se colocan sobre los medios que aseguran el removido y la progresión del lecho de lodos.

[0016] Según otra característica de la presente invención, se prevé además un sistema de aspiración y de descarga del aire, dispuesto en la parte alta del invernadero.

[0017] Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la descripción dada a continuación haciendo referencia a los dibujos adjuntos que ilustran ejemplos de realización de la misma desprovistos de cualquier carácter limitativo. En los dibujos:

-la figura 1 es una vista esquemática en perspectiva de un dispositivo de secado según la presente

invención;

-la figura 2 es una vista, a escala ampliada, en sección por un plano vertical, del dispositivo de la figura 1;

-la figura 3 ilustra otro modo de realización de la invención, en sección vertical y

-la figura 4 es una vista similar a la figura 1 de otro ejemplo de realización del dispositivo de secado según la

invención.

[0018] Se hace referencia en primer lugar a la figura 1 en la cual se ha representado en 1 el invernadero del dispositivo de secado que está instalado sobre la losa 2 sobre la cual se encuentra esparcido el lecho de lodos 3 a secar. Tapias muy bajas tales como 5 delimitan lateralmente la superficie sobre la cual se coloca el lecho de lodos. En esta figura 1, la referencia 4 designa el dispositivo que asegura el removido y la conducción del lecho de lodos 3 sobre el piso 2.

[0019] Según la invención, los ventiladores 6 que aseguran la renovación del aire contenido en el invernadero 1, están posicionados sobre el bastidor motorizado 7 del dispositivo 4 el cual es realizado por ejemplo en forma de una máquina de escarificación. Gracias a esta disposición, se optimiza la renovación del aire en contacto con los lodos a secar; se comprende que, solo el aire al contacto con el lecho de lodos 3 capta la humedad del lodo. La proximidad de los ventiladores del lecho 3 permite reducir la “capa límite” resultante de la circulación del aire por encima de la superficie del lecho 3. El hecho de prever los ventiladores 6 sobre el bastidor de la máquina de escarificación 4 permite, sea cual fuere el sentido de avance de la máquina de escarificación, que la ventilación se realice siempre sobre el producto recién removido. Según la invención, se puede prever un sistema de basculamiento eléctrico de final de recorrido que permita seleccionar los ventiladores que deban ser accionados con el fin de optimizar los resultados del secado.

[0020] Además de la ventaja mencionada anteriormente que consiste en optimizar la renovación del aire en contacto con el lodo, la invención permite acelerar las velocidades del aire en contacto con el lodo, lo cual permite reducir el tiempo de secado gastando menos energía, dirigiéndose el flujo de aire sobre la zona de secado en lugar de dispersarse por todo el volumen del invernadero, como es el caso en los sistemas de secado según el estado anterior de la técnica.

[0021] Así, un invernadero en el cual se insufle aire a razón de 30 000 m3/h, a través de una abertura de 35 m2 proporciona una velocidad de aire media de 0,24 m/s (aparte de la convección natural). El mismo caudal, realizado según la invención cerca del lecho de lodos (estando los ventiladores 6 dispuestos a una distancia del orden de 1 a 1,50 m de la superficie de este último), permite aumentar de 2 a 4 veces la velocidad del aire en contacto con la superficie húmeda del lecho de lodos.

[0022] Se comprende que en el dispositivo según la invención, el aire barra el lodo una vez que éste ha sido removido, encontrándose entonces el lodo a una temperatura más elevada que la atmósfera ambiente (efecto “cuerpo negro” del lecho de secado), lo cual permite aumentar las diferencias de presión de vapor entre el lodo removido y el aire. La renovación del aire en el recinto de secado se realiza por convección natural, tanto más eficaz cuanto más cargado esté el aire de humedad y por consiguiente más ligero.

[0023] Según la presente invención, con el fin de asegurar una gestión controlada de los flujos de aire en el invernadero se puede prever un sistema de aspiración y de descarga del aire esquematizado en 8 en la figura 1, que asegura una renovación permanente del medio.

[0024] Según la invención, se puede igualmente prever un sistema adicional de ventilación por el suelo. Este sistema se representa en la figura 3 en la cual la referencia 9 designa un conducto de traída de aire bajo el efecto de un ventilador 10, desembocando este conducto a través del lecho de lodos 3 por mediación de una membrana geotextil 11. Este sistema es implantado en la segunda mitad del trayecto de los lodos en el dispositivo de secado, es decir en un lugar donde los lodos están ya lo suficientemente deshidratados para presentar una estructura granulosa por consiguiente no apelmazada. El hecho, según la invención, de inyectar el aire a través de una membrana geotextil permite extraer rápidamente una fracción importante de la humedad intersticial del lodo, siendo esta humedad inmediatamente arrastrada por el barrido del aire inducido por los ventiladores 6 montados sobre el bastidor de la máquina de escarificación 4. Los prototipos realizados según la presente invención han permitido comprobar que los caudales de aire utilizados son bajos, del orden de 0,05 a 5 m3/m2/s, con el fin de limitar las velocidades de aire a valores inferiores al de la velocidad de envío de los polvos.

[0025] Según la presente invención, el funcionamiento (puesta en funcionamiento y parada) y la dependencia del conjunto de motorización (máquina de escarificación 4, ventiladores 6, 10 y medios de aspiración y descarga del aire 8) podrán ser correlacionados con la medición de la temperatura superficial del lecho de lodos 3, realizada con la ayuda de métodos de toma de temperatura a distancia utilizando por ejemplo detectores infrarrojos. Se puede igualmente tomar en cuenta la diferencia de temperaturas entre la superficie del lecho de secado y la atmósfera presente en el invernadero de secado, produciéndose solo la puesta en funcionamiento de los equipos por ejemplo si esta diferencia de temperatura es de al menos 3oC, es decir:

T = (T lecho de secado – T atmósfera) > + 3oC

[0026] Según la presente invención, se puede igualmente medir el contenido en humedad relativa de la atmósfera exterior al invernadero desecado e imponer un valor de consigna de puesta en funcionamiento del conjunto de motorización cuando esta humedad relativa es inferior al 80%, por ejemplo.

[0027] Por último, se pueden igualmente acoplar las mediciones de la diferencia de temperatura ToC especificada anteriormente y de humedad relativa exterior de forma que el primero de estos dos valores que alcance un punto de consigna predeterminado dispare la puesta en funcionamiento de los equipos de la instalación.

[0028] En la variante ilustrada por la figura 4, se ha previsto un sistema de alimentación de los lodos que utiliza una bomba volumétrica 12 y un sistema de reparto y de dispersión de los lodos 13, con el fin de optimizar el reparto de los lodos a la entrada del dispositivo de secado, siendo utilizada la zona despejada como espacio de secado. El sistema de reparto 13 permite depositar el lodo en capa uniforme por todo lo ancho del invernadero por el lado de la zona despejada, de forma controlada y automatizada en función de las necesidades.

[0029] Según la presente invención, se pueden igualmente utilizar paneles radiantes, tubos radiantes o cualquier otro sistema de calentamiento de construcciones de mayores volúmenes, para asegurar, el calentamiento de la superficie del lecho de lodos.

[0030] En el ejemplo de realización ilustrado por la figura 4, se ha representado en 14 un tubo radiante. La energía utilizada para el calentamiento del tubo puede ser un gas combustible (conducido por un conducto tal como 15) o biogas o bien también un medio de producción de la electricidad a partir de energía renovable o no.

[0031] La realización de esta técnica de calentamiento radiante presenta el interés de calentar el lodo por el efecto de la radiación infrarroja, transmitiéndose el calor esencialmente a la superficie del lecho de lodo (3) sin calentar sustancialmente el aire ambiente. Los volúmenes de aire desplazados por la convección natural o forzada afectarán relativamente poco a la elevación de temperatura de la superficie del lecho de lodos. La radiación infrarroja así producida permitirá simular el efecto solar 24h/24, sean cuales fueren el período del año, las condiciones meteorológicas, etc...La superficie instalada de tales dispositivos de secado podrá, en este caso, reducirse en un factor de 1,5 a 3.

Claims (10)

1. REIVINDICACIONES

   1.

   Dispositivo de secado de productos tales como particularmente lodos procedentes de estaciones depuradoras de aguas residuales urbanas o industriales utilizando la energía solar, realizado en forma de un invernadero (1) que comprende una losa o piso (2) sobre le cual se deposita el lecho (3) de lodos a secar, estando previstos medios (4) para asegurar el removido de los lodos extendidos por el indicado piso y su progresión a lo largo del dispositivo de secado, este último comprende además ventiladores para asegurar la renovación del aire contenido en el indicado invernadero, caracterizado porque los indicados ventiladores (6) están posicionados sobre los medios (4) que aseguran el retorno y la progresión del lecho de lodos.

2. 2.

   Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además un sistema de aspiración y de descarga del aire (8), situado en la parte alta del invernadero (1).

3. 3.

   Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque comprende un sistema adicional de ventilación por el suelo (10, 9, 11) implantado en la segunda mitad del trayecto de los lodos en el dispositivo.

4. 4.

   Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque el indicado sistema adicional de ventilación por el suelo comprende un ventilador (10) que sopla aire en un conducto (9) que desemboca a través de la losa (2) por mediación de una membrana geotextil (11).

5. 5.

   Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende medios para relacionar estrechamente el funcionamiento, es decir la puesta en funcionamiento y la parada, y el servomando del conjunto de la motorización, con la medición de la temperatura de la superficie del lecho de lodos (3).

6. 6.

   Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque los indicados medios de correlación tienen igualmente en cuenta la diferencia de temperatura entre la superficie del lecho de lodos a secar y la atmósfera presente en la instalación desecado, produciéndose la puesta en funcionamiento de los equipos solo cuando esta diferencia de temperatura alcanza un punto de consigna predeterminado.

7. 7.

   Dispositivo según una de las reivindicaciones 5 ó 6, caracterizado porque se mide el contenido en humedad relativa de la atmósfera exterior en el invernadero de secado y se impone una consigna de puesta en funcionamiento cuando esta humedad es inferior a un punto de consigna predeterminado.

8. 8.

   Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque se acoplan las mediciones de diferencias de temperaturas y de humedad relativa de la atmósfera exterior de forma que el primero de estos dos valores que alcance un punto de consigna predeterminado desencadena la puesta en funcionamiento de los equipos.

9. 9.

   Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un sistema de alimentación de lodos por bomba volumétrica (12) y medios de reparto (13) que permiten dispersar y depositar los lodos en capa uniforme por todo lo ancho del invernadero.

10. 10.

    Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende además, un sistema de calentamiento, particularmente paneles o tubos radiantes, que permiten calentar la superficie superior del lecho de lodos por radiación infrarroja.