EN
Mesura del cabal de fangs en plantes de tractament d'aigües residuals
Time : 2025-09-18
Els fangs residuals, un subproducte inevitable del procés de tractament d'aigües residuals, són una mescla complexa i multifàsica composta per aigua, contaminants orgànics, impureses inorgàniques i comunitats microbianes. La gestió eficaç d'aquests fangs té un impacte directe en l'eficiència operativa general i el compliment ambiental de les plantes de tractament d'aigües residuals. La mesura precisa del cabal de fangs és un component fonamental del sistema de gestió de fangs: no només és crucial per a un control de procés precís i una optimització de la distribució de recursos, sinó que també és un requisit essencial per garantir el compliment estricte de la normativa ambiental. Aquest article analitzarà sistemàticament els reptes tècnics de la mesura del cabal de fangs residuals i presentarà una introducció detallada a les tecnologies principals aplicables a aquest escenari.
I. El valor fonamental de la mesura precisa del cabal
Al llarg de tot el procés de tractament de fangs en una planta de tractament d'aigües residuals, des de la concentració i deshidratació inicials, passant per la digestió anaeròbica en fase mitjana, fins a la disposició innocua o l'aprofitament de recursos, cal un control precís del cabal de fangs en cada etapa. Només amb un control exacte del cabal es poden evitar al procés següent avaries en l'equipament causades per "sobrecàrrega d'alimentació" o el malbaratament de l'eficiència del tractament degut a la "manca d'alimentació". En concret, la mesura precisa del cabal té tres funcions clau:
Suport fonamental per a l'optimització del procés: el seguiment en temps real del cabal de fangs permet ajustos dinàmics en la dosificació de productes químics (p. ex., flocsulants), la intensitat de l'agitació del reactor i el consum energètic (p. ex., potència de les bombes), maximitzant així l'eficiència energètica en tot el procés de tractament de fangs i reduint els costos unitaris de tractament.
Compliment rigorós de la normativa: Les autoritats de protecció ambiental disposen d'estàndards reguladors clars pel que fa a la generació de fangs, els processos de tractament i la seva eliminació final. Les dades del cabal són crucials per calcular el volum total de fangs i verificar el compliment dels processos de tractament, amb un impacte directe en el compliment per part de les plantes de tractament de les normatives sobre emissions ambientals i gestió de fangs.
Garantia de l'estabilitat operativa: Una mesura fiable del cabal proporciona alertes precoç d'unes condicions de funcionament anòmales (p. ex., obstruccions en canonades, avaries de bombes), reduint el temps d'inactivitat causat per desgast dels equips i interrupcions del procés, així com els costos de manteniment i el risc de fallades inesperades.
II. Reptes tècnics de la mesura de la velocitat de flux del fang residual
Les propietats físiques i químiques úniques del fang residual suposen nombrosos reptes en la mesura de la velocitat de flux que no són habituals en la mesura tradicional de fluids. Aquests reptes es poden resumir com segueix:
Grans fluctuacions dinàmiques en la consistència: La consistència del fang canvia dinàmicament segons l'etapa del tractament, des d'una barreja fluïda de fang i aigua al decantador primari (amb un contingut de sòlids d'aproximadament 1%-3%) fins a una pasta gruixuda i viscosa després del desguat (amb un contingut de sòlids superior al 20%). Aquesta diferència tan gran en l'estat físic fa difícil que els comptadors de cabal tradicionals, que depenen de propietats fixades del fluid (com els comptadors de cabal de vòrtex), assolint mesures estables i precises.
Forta interferència de sòlids i residus: El fang sol contenir matèria particulada en suspensió (com ara sorra i fibres), matèria orgànica floculant i diverses impureses i residus. Aquestes substàncies s'adhereixen fàcilment a les superfícies de les peces mòbils (com ara l'impulsor i el rotor) dels comptadors de cabal, provocant que s'enganxin o s'acabin desgastant. Això no només redueix la vida útil de l'equip, sinó que també distorsiona greument les dades de mesura. Coexistència de propietats corrosives i abrasives: Els àcids orgànics i els sulfurats presents al fang són altament corrosius, mentre que les partícules dures en suspensió (com ara grava) erosionen contínuament les parets interiors dels comptadors de cabal. Els comptadors de cabal fabricats amb materials estàndard es deterioren fàcilment en aquestes condicions de funcionament severes, dificultant un funcionament estable a llarg termini.
La mesura de cabal baix és un repte: Durant els processos de gruiximent i digestió de fangs, els cabals solen ser baixos (en alguns casos, per sota de 0,1 m/s). La majoria de comptadors de cabal pateixen una "zona cega" en aquests rangs de cabal baix, cosa que fa que no detectin amb precisió els canvis de cabal i condueix a un control del procés inexacte.
III. Tecnologies principals per a la mesura de la velocitat de flux de fangs residuals
Per fer front a les condicions operatives úniques dels fangs, la indústria ha desenvolupat dues tecnologies madures de mesura de velocitat de flux. Cada tecnologia té els seus propis escenaris d'aplicació, i cal adaptar l'aplicació adequada als requisits específics del procés de la planta de tractament. (1) Comptador electromagnètic de cabal (comptador magnètic)
Principi de funcionament: Basat en la llei de Faraday de la inducció electromagnètica, s'aplica un camp magnètic estable a ambdós costats del tub de mesura del caudalímetre. Quan el fluid conductor de fangs circula pel camp magnètic, talla les línies de flux magnètic i genera una força electromotriu induïda. La magnitud d'aquesta força electromotriu està linealment correlacionada de manera positiva amb el cabal de fangs. Mitjançant la detecció d'aquesta força electromotriu, es pot calcular el cabal en temps real.
Avantatges principals:
a. Disseny sense peces mòbils: El tub de mesura no conté peces mecàniques mòbils, eliminant fonamentalment l'obstrucció i el desgast causats per impureses sòlides als fangs, resultant en una taxa de fallada extremadament baixa.
b. Adaptabilitat a un ampli rang: Mesura amb precisió un ampli espectre de fangs amb un contingut de sòlids del 0,5%-30%, mantenint una exactitud de ±0,5% tant per a fangs fluïds com per a barreges viscoses.
c.Resistència a la corrosió i al desgast: El tub de mesura pot anar recobert amb materials resistents a la corrosió i al desgast, com ara PTFE (politetrafluoroetilè) i cautxú, mentre que el revestiment exterior és d'acer inoxidable 316L, proporcionant una resistència a llarg termini a la naturalesa corrosiva i abrasiva del fang.
d.Alta prestació en temps real: Temps de resposta ràpid i sortida del cabal en temps real, permetent una integració fàcil al sistema de control distribuït (DCS) de la planta per al control de procés en bucle tancat.
Aplicacions típiques: Apropiat per a la mesura en canonades durant tot el procés de tractament de fangs, especialment en punts clau com les sortides dels espessidors, les canonades d'alimentació de dessecatge i les canonades d'entrada i sortida dels digestors. Actualment, és el dispositiu de mesura de cabal de fang més utilitzat. (II) Fluxòmetre ultrasònic Doppler
Principi de funcionament: Utilitza l'"efecte Doppler" per a la mesura no invasiva. Un sensor ultrasònic s'instal·la a la paret exterior d'una tuberia i transmet ones ultrasòniques d'una freqüència fixa cap a l'interior del tub. Quan les ones ultrasòniques troben partícules sòlides en suspensió o bombolles al fang, es reflecteixen. La freqüència de l'ona reflectida canvia a causa del moviment de les partícules (que és coherent amb la velocitat de circulació del fang). La velocitat de circulació del fang es pot deduir calculant el desplaçament de freqüència.
Avantatges principals:
Instal·lació no invasiva: El sensor elimina el contacte directe amb el fang, eliminant completament l'incrustació, la corrosió i el desgast. L'instal·lació i el manteniment no requereixen interrupció del procés, reduint significativament els costos operatius.
Adaptabilitat a patrons de flux complexos: Mesura amb precisió no només en tubs plens, sinó també en tubs parcialment plens (com canals oberts i tubs mig plens), oferint una adaptabilitat molt superior a la dels cabaladors tradicionals.
Gran capacitat antiperturbacions: Insensible a altes concentracions de partícules sòlides i bombolles en fangs, el sensor pot reforçar el senyal mitjançant reflexions de les partícules, permetent una mesura estable en concentracions elevades de sòlids (com ara fangs dessecats), on els comptadors de flux tradicionals tenen dificultats. Escenaris d'aplicació típics: Utilitzat habitualment en canals oberts, canals de sortida de dipòsits de sedimentació i canonades de fangs parcialment plenes en plantes de tractament d'aigües residuals. És especialment adequat per a projectes de renovació en plantes antigues (no cal tallar tubs, facilitant la instal·lació) o per a nodes de procés especialitzats amb contingut extremadament alt de sòlids en fangs i propensos a l'entarquiment.
IV. Conclusió: La mesura precisa impulsa una millor qualitat i eficiència en el tractament de fangs
La mesura de la velocitat del flux de fangs residuals és més que només una "recollida de dades"; és l'"eix fonamental" en tot el procés de tractament dels fangs, ja que està directament relacionada amb l'eficiència del tractament, els costos de compliment normatiu i l'estabilitat operativa. Els cabalímetres electromagnètics, gràcies a la seva elevada precisió i fiabilitat, són l'opció preferida per a aplicacions habituals en canonades. Els cabalímetres ultrasònics Doppler, pels seus avantatges no invasius, mostren un valor únic en patrons de flux complexos i projectes de renovació.
Seleccionar la tecnologia de mesura adequada no només ajuda les depuradores a assolir un control refinat del procés de tractament de fangs, sinó que també redueix els costos operatius mitjançant l'optimització del consum de productes químics i energia, alhora que proporciona suport de dades sòlid pel compliment ambiental. En el context dels objectius de "doble carboni" i uns requisits de protecció ambiental cada cop més exigents, la mesura precisa de la velocitat de flux de fangs es convertirà en un component crucial.
