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SLUDGE DEWATERING AT THE
TRILLO NUCLEAR POWER PLANT
La Central Nuclear de Trillo cuenta con una planta de
pretratamiento de agua para asegurar la calidad de aporte
de las corrientes de proceso y que consta de un proceso
físico-químico y una operación primaria de decantación que
se ha adecuado recientemente debido a los condicionantes
incluidos en la autorización de vertido vigente y a mejoras
planificadas para la operatividad de los sistemas de la Central.
AEMA ha asumido el reto de llevar a cabo las modificaciones
previstas e implantar una línea de tratamiento de fangos.
The Trillo Nuclear Power Plant has a water pretreatment
facility to ensure the quality of the process water. This
pretreatment consists of a physicochemical process and a
primary settling operation, which was recently upgraded
owing to constraints in current legislation governing
discharge and also due to planned enhancements for the
operation of systems at the power plant. AEMA took up the
challenge of carrying out the planned modifications and
implementing a sludge treatment line.
Descripción de la deshidratación de fangos
Description of the sludge dewatering facility
La planta consta de 2 líneas de deshidratación de lodos con 2 filtros prensa automáticos (mod. GHS 1000 de Diemme, figura 1) e
independientes donde los fangos procedentes del espesador son
impulsados hacia estos equipos por medio de 2 sistemas de bombeo, uno por cada línea, formados por 2 bombas helicoidales (1+1R)
de Mono (mod. C17DC10RM) y sus correspondientes variadores de
velocidad (mod. SINAMICS G120 de Siemens) que regularán el caudal de tratamiento en función de la presión en el interior del filtro
prensa.
The facility is made up of 2 independent sludge dewatering
lines with 2 automatic filter presses (Diemme GHS 1000,
figure 1). The sludge from the thickener is sent to the filter
presses by 2 pumping systems, one per line, comprising 2 (1+1
standby) Mono helical pumps (model C17DC10RM) and their
corresponding frequency inverters (Siemens SINAMICS G120),
which regulate the treatment flow in accordance with the
pressure inside the filter press.
Por diseño, la disolución de polielectrolito se realiza en continuo,
en una estación automática para preparación y dosificación (mod.
PKT 1700Q de OBL-ITT) que lleva incorporada un equipo cargador
de polielectrolito en polvo (mod. A128XR de Nilfisk), y se dosifica por
medio de 2 sistemas de bombeo, uno por cada línea de deshidratación, con 2 bombas helicoidales (1 + 1 en reserva) de Mono (mod.
C1XKC11RM) y montadas con variadores de velocidad (mod. Sinamics G120 de Siemens) que ajustan el caudal de reactivo dependiendo de la concentración de lodos en el espesador y del caudal de
fangos de entrada al filtro prensa.
Experiencia operativa y resultados
Análisis operativo
La tendencia de los parámetros de control más representativos del proceso de
deshidratación mecánica de
lodos (volúmenes de fangos
y polielectrolito y tiempos de
filtración) llevados a cabo en
los filtros prensa 1 y 2 en cada
filtrada se muestran en las
figuras 2-3 y 4-5 respectivamente.
Durante la operación de los
filtros, en las que se han realizado 716 filtradas durante
un periodo de 18 meses, se ha
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Mechanical sludge dewatering takes place in the filter
presses as a result of the pressure and operating flows of
these units, as well as the use of polyelectrolyte, which
favours the drying process. Solid-liquid separation takes
place in the filter presses in such a way that the water taken
from the sludge is sent to the pretreatment plant, while
the dewatered sludge, in the form of cakes, is collected in
containers. This sludge is classed as non-hazardous waste
and its subsequent management is carried out by duly
authorised companies.
By design, the polyelectrolyte solution is made up
continuously in an automatic preparation and dosing unit
(model PKT 1700Q by OBL-ITT). This equipment features a
unit for feeding polyelectrolyte in powder form (Nilfisk model
A128XR) and dosing is carried out by means of 2 pumping
systems, one per line. Each pumping system comprises 2 (1+1
standby) Mono helical pumps (model C1XKC11RM) fitted with
frequency inverters (Siemens SINAMICS G120), which adjust
the reagent flow depending on the concentration of sludge in
the thickener and the flow of sludge fed into the filter press.
Operational experience and results
Operational analysis
Trends for the most
representative control
parameters for the
mechanical sludge
dewatering process (sludge
and polyelectrolyte volumes,
and filtration times) carried
out in press filters 1 and
2 in each filter cycle are
shown in Figures 2-3 and 4-5
respectively.
Figura 1. Filtro prensa con traslado superior de
placas motorizado (fuente: Departamento de
Protección Radiológica y Medio Ambiente de
Central Nuclear de Trillo). | Figure 1: Filter press
with overhead beam motorised plate shifting
mechanism (source: Department of Radiation
and Environmental Protection of the Trillo
Nuclear Power Plant).
FuturEnviro | Septiembre September 2014
En los filtros prensa es donde se produce la deshidratación mecánica de los lodos gracias a las presiones y caudales de trabajo de
estos equipos y a la utilización de polielectrolito que favorece el
proceso de sequedad. En los filtros prensa tiene lugar una separación sólido-líquido de tal forma que el agua extraída del fango
es conducida a la planta de pretratamiento mientras que los lodos
deshidratados, en forma de tortas, son acumulados en contenedores. Este fango está caracterizado como un residuo no peligroso y
su posterior gestión es realizada por empresas debidamente autorizadas por la Administración competente.
Gestión y tratamiento de fangos y lodos | Sludge management & treatment
DESHIDRATACIÓN DE FANGOS EN
CENTRAL NUCLEAR DE TRILLO
1
7
60
6
50
5
40
4
30
3
20
2
10
1
0
1
26
51
76
101
126
151
176
201
226
251
276
301
0
Volúmen de polielectrolito (m3/filtrada)
Volume of polyelectrolyte (m3/filter cycle)
Volúmen de lodos (m3/filtrada)
Volume of sludge (m3/filter cycle)
Volumen de polielectrolito en filtro prensa 1
Volume of polyelectrolyte dosed in filter press 1
70
Filtrada | Filter cycle
Figura 2. Volúmenes de fangos y polielectrolito en filtro prensa 1. | Figure 2. Volumes of sludge and
polyelectrolyte in filter press 1.
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
1
26
51
76
101
126
151
176
201
226
251
276
301
Figura 3. Tiempos de filtración en filtro prensa 1. | Figure 3. Filtration times in filter press 1.
Volúmen de lodos (m3)
Volume of sludge (m3)
Volumen de lodos filtrados en filtro prensa 2
Volume of sludge filtered in filter press 2
Volumen de polielectrolito en filtro prensa 2
Volume of polyelectrolyte dosed in filter press 2
70
7
60
6
50
5
40
4
30
3
20
2
10
1
0
0
1
26
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101
126
151
176
201
226
251
276
301
326
351
376
Figura 4. Volúmenes de fangos y polielectrolito en filtro prensa 2. | Figure 4. Volumes of sludge and
polyelectrolyte in filter press 2.
Tiempo de cada ciclo de filtración en filtro prensa 2 | Time of each filter cycle in filter press 2
Tiempo filtración (min)
Filtration time (min)
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
1
26
51
76
101
126
151
176
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226
251
276
301
326
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Figura 5. Tiempos de filtración en filtro prensa 2. | Figure 5. Filtration times in filter press 2.
2
podido apreciar que estos parámetros han sufrido variaciones, en
algunos momentos incluso fueron acusadas, como consecuencia
de las condiciones de operación (valores de consigna), de las propiedades del fango y/o del estado de la instalación.
En condiciones normales de operación, se ha apreciado que al comenzarse una filtrada el caudal de la bomba de fangos rápidamen-
351
During the period in which the filters
have been in operation, which has seen
a total of 716 filter cycles over 18 months,
variations (at times sharp variations)
were observed in these parameters due
to operating conditions (setpoint values),
sludge properties and/or the status of the
facility.
In normal operating conditions it was
observed that on commencing a filter
cycle, the flow-rate of the sludge pump
quickly reaches the maximum permitted
speed, while the temperature slowly
begins to rise during the filling stage.
As time goes by and the filling stage
is completed and the pressing stage
commences, the flow rate stays the same
but the pressure rises exponentially until
the maximum operating pressure is
reached. This pressure is then maintained
until the final filtration pressure as defined
by the setpoint is reached.
Tiempo de cada ciclo de filtración en filtro prensa 1 | Time of each filter cycle in filter press 1
Tiempo filtración (min/filtrada)
Filtration time (min/filter cycle)
Volumen de lodos filtrados en filtro prensa 1
Volume of sludge filtered in filter press 1
401
To reach this value, the sludge feed-in
flow has decreased progressively until it
levels off at the final filtration flow rate,
also defined by the setpoint. Trends for
flow and pressure parameters in a filter
cycle are shown in Figure 6 and represent
the typical behaviour of the filter press in
normal working conditions.
In these conditions, sludge concentration
and filtration time usually determines the
feasibility of obtaining free release of all
the sludge cakes.
In accordance with the experimental
results obtained, other behaviours were
also observed in the filter cycles. These
other trends (figures 7-9), characterised
by high filtration times, high reject
water flows from the filter presses,
turbid drainage water and inadequately
dewatered sludge, indicate that the
properties of the sludge in the thickener
and the state of filter cloths can
significantly influence the quality of the
cakes.
With the plant operating in normal
conditions, using AMERFLOC C-285
(polyelectrolyte with high cationicity and
low molecular weight) at a concentration
of 0.2 %, the facility can obtain dewatered
376 401
sludge (Figure 10) with an average
moisture content of 62.9 %, which is lower
than the design value of 70 %, for an
average sludge dry matter content in the
thickener of 5.7 %. For inlet concentrations
of around 3 % smt, the sludge may have greater than
desired moisture content than for higher concentrations
(8-10 % smt) and it is possible to obtain spectacular
results, with the moisture content of cakes approaching
52 % (a quality not achieved in the operation of the filter
presses).
Para alcanzar este valor, previamente el caudal de alimentación de
fangos ha ido disminuyendo de manera progresiva hasta estabilizarse en el caudal de final de filtración establecido también en
consigna. La evolución experimentada por los parámetros caudal
y presión en una filtrada se muestra en la figura 6 y representa
el comportamiento típico del filtro prensa en situaciones normales de trabajo. En estas condiciones, la concentración de lodos y el
tiempo de filtración suelen determinar la viabilidad para poder obtener el desprendimiento libre de todas las tortas de fangos.
Ahora bien, de acuerdo con los resultados experimentales obtenidos, han sido observados otros comportamientos en los ciclos de
filtración. Estas otras tendencias (figuras 7-9), caracterizadas por
tiempos de filtración elevados, caudales de agua de rechazos del
filtro prensa altos, drenajes turbios y lodos deshidratados inadecuados, pusieron de manifiesto que las propiedades del fango en el
espesador y el estado de las telas pueden influir de manera significativa en la calidad de las tortas.
Caudal | Flow
Presión | Pressure
Figura 6. Evolución del caudal y la presión: tendencia “ideal”
Figure 6. Flow and pressure trends: “ideal” trend
Presión | Pressure
Caudal | Flow
Figura 7. Evolución del caudal y la presión: tendencia tipo “1”
Figure 7. Flow and pressure trends: type “1” trend
Con la planta operando en condiciones normales y empleado AEMFLOC C-285 (polielectrolito de alta cationicidad y bajo peso molecular) a una concentración del 0,2 %, la instalación permite obtener
fangos deshidratados (figura 10) con una humedad promedio del
62,9 %, inferior al valor de diseño del 70 %, para una materia seca
de lodos (promedio) en el espesador del 5,7 %.
Para concentraciones de entrada en torno a 3 % smt, los lodos
pueden presentar mayor humedad que la deseada mientras que
a concentraciones más altas, 8-10 % smt, es posible obtener resultados espectaculares pues la humedad de las tortas puede estar
próxima al 52 % (calidad que no se alcanza en la operación de
filtros prensa).
te alcanza la frecuencia máxima permitida mientras que la presión
lentamente va aumentando en la etapa de llenado. A medida que
el tiempo transcurre y finaliza la fase de llenado y da comienzo la
etapa de compactación, el caudal sigue manteniéndose pero la
presión aumenta de manera exponencial hasta alcanzar una presión máxima de trabajo que se mantiene hasta conseguir la presión final de filtración definida en consigna.
Presión | Pressure
Caudal | Flow
Figure 8: Flow and pressure trends: type “2” trend
Tabla 1. Principales valores de consignas habituales en los filtros prensa.
Table 1: Common main setpoint values in filter presses.
Tiempo de llenado
Filling time
Tiempo de duración de etapa fin de filtración
Duration of cake consolidation stage
Presión alimentación máxima
Maximum feed pressure
Presión para iniciar etapa de fin de filtración
Pressure for commencement of cake consolidation stage Caudal para iniciar etapa de fin de filtración
Flow rate for commencement of cake consolidation stage Concentración polielectrolito
Polyelectrolyte concentration
Polielectrolito constante polvo / fango seco
Constant powdered polyelectrolyte / dry sludge
Concentración lodo
Sludge concentration
Valores
Values
20 minutos
20 minutes
4 minutos
4 minutes
10,0-11,0 bares
10.0-11.0 bar
10,5-11,5 bares
10.5-11.5 bar
2,5 m3/h
2.5 m3/h
1,5 g/litro
1.5 g/litre
1,8
1.8
60-100 g/l
60-100 g/l
Análisis estadístico
Con la finalidad de analizar el comportamiento de los 2 sistemas de
deshidratación de fangos, se ha verificado mediante análisis estadístico con el software SPSS que las variables que caracterizan cada
ciclo de filtración (volúmenes de fangos y polielectrolito y tiempos
de filtración) son independientes, continuas y normales para cada
uno de los equipos.
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Caudal | Flow
Presión | Pressure
Figure 9. Flow and pressure trends: type “3” trend
Statistical analysis
For the purpose of analysing the behaviour of the 2 sludge
dewatering systems, it was verified, using statistical analysis with
the SPSS software, that the variables characterising each filter
cycle (volumes of sludge and polyelectrolyte, and filtration times)
are independent, continuous and normal for each of the units.
The numerical analysis carried out showed that the sludge and
polyelectrolyte samples in the filter presses are statistically the
same, with a confidence interval of 99 %, meaning that there
are no significant differences between the media. Differences
in filtration times were not observed either. Therefore, it can be
confirmed that both filters behave in the same way and it was
possible to observe that the interval [µ – σ] of the filtration time
variable is where all sludge cakes fall from the filter presses
without requiring the intervention of a plant operator.
Parámetros
Parameters
3
Función de densidad
75
50
25
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Humedad fangos deshidratados (% smt)
Moisture content of dewatered sludge (% smt)
Límite diseño (%)
Design limit (%)
Figura 10: Humedad media mensual del fango deshidratado.
Figure 10. Monthly average moisture content of dewatered sludge.
10,00
20,00
30,00
40,00
Por tanto, es posible confirmar que ambos filtros se comportan
de la misma manera y se ha podido apreciar que en el intervalo
[µ – σ] de la variable tiempo de filtración es donde se localizan los
casos en los que se produce la caída de todas las tortas de fangos
de los filtros prensa sin necesidad de intervención de un operador
de planta.
El funcionamiento de la instalación, cuya operación continua es tarea de AEMA, ha resultado adecuado ya que se ha logrado obtener
fangos deshidratados con un porcentaje de humedad medio del
62,9 % para unas condiciones de operación variables como resultado principalmente del estado del lodo en el espesador y de los
tiempos de residencia hidráulicos empleados.
La planta permite alcanzar humedades mínimas (promedio) en las
tortas del 52 %: resultados impensables en un tratamiento de deshidratación mecánica con filtros prensa.
Han sido observados diferentes comportamientos típicos de la presión de operación y del caudal de alimentación de fangos de los
cuales se prefiere el definido en situaciones normales de operación
(figura 6) ya que es indicativo del correcto estado de los componentes de la instalación.
El comportamiento de las 2 líneas de los filtros prensa montadas es,
estadísticamente, idéntico.
Tanto en sus aspectos operacionales como técnicos, la planta permite obtener de manera continuada la descarga completa de los
filtros sin actuación de personal.
Javier Rodríguez Salvador
Jefe de Zona de AEMA.
Regional Manager at AEMA.
60,00
70,00
80,00
Figura 11. Distribución normal de los volúmenes de fangos.
Figure 11. Normal distribution of sludge volumes.
Filtro prensa 2 | Filter press 2
De acuerdo con el análisis numérico realizado se ha podido comprobar que las muestras de volúmenes de fangos y de polielectrolito en los filtros prensa son estadísticamente iguales, con un
intervalo de confianza del 99 %, de manera que no hay diferencias
significativas entre las medias. Tampoco existen desigualdades en
los tiempos de filtración.
50,00
Volumen fangos (m3)/filtrada | Filter cycle
La prevención y minimización de los residuos es una prioridad para
Central Nuclear de Trillo y para AEMA de manera que con la instalación de los filtros prensa se consigue reducir en torno a 8,9 veces el
volumen generado de lodos inicialmente.
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0,00
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Conclusiones
4
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
Volumen fangos (m3)/filtrada | Filter cycle
Figura 12. Distribución normal de los volúmenes de polielectrolito.
Figure 12. Normal distribution of polyelectrolyte volumes.
100
0,00
100,00
200,00
300,00
400,00
500,00
600,00
Tiempo ciclo filtración (min)/filtrada | Filter cycle
Figura 13. Distribución normal de los tiempos de filtración.
Figure 13. Normal distribution of filtration times.
Conclusions
Waste minimisation and prevention is a priority for the
Trillo Nuclear Power Plant and for AEMA. In this respect, the
installation of the filter presses has enabled the quantity of
sludge initially generated to be reduced by around 8.9 times.
The functioning of the facility, whose continuous operation is
the responsibility of AEMA, has been satisfactory, given that it
has been possible to obtain dewatered sludge with an average
moisture content of 62.9 % for operating conditions that are
variable, due mainly to the state of the sludge in the thickener
and the hydraulic retention times used.
The plant enables minimum cake moisture contents (average)
of 52 % to be achieved, results that would be unimaginable with
treatment consisting of mechanical dewatering with filter presses.
Different typical behaviours of operating pressure and sludge
feed flow were observed, with the preferred behaviours being
those defined in normal operating conditions (Figure 6),
because they are indicative of the correct status of facility
components.
The behaviour of the two filter press lines installed is
statistically identical. In terms of both operating and technical
aspects, the facility allows full discharge of sludge to be
continuously achieved without the intervention of staff.

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