Por Stefanie Gregg
La aireación ha sido un método primario para el tratamiento de aguas residuales municipales e industriales durante más de 40 años. Es una forma natural de controlar la demanda biológica de oxígeno (DBO), maximizar la digestión aeróbica de productos orgánicos y controlar los olores. Como tecnología firmemente establecida, los sistemas de aireación seguirán desempeñando un papel en el futuro. Sin embargo, ¿hay alguna forma de mejorar la eficiencia y reducir los costos operativos?
Algunos tipos de sistemas de aireación son inherentemente más eficientes. Requiere menos energía para inyectar oxígeno recto (O2) que para empujar volúmenes de aire a una cubeta de aireación. Incluso una planta de tamaño moderado puede tratar un millón de galones o más por día, y los bancos de sopladores de aire y aireadores de superficie que funcionan trifásicos a 460 V de forma continua pueden consumir fácilmente kilovatios por hora. Además, está claro por qué la electricidad generalmente representa alrededor del 30 por ciento de los costos operativos de una instalación.
En consecuencia, múltiples sopladores pueden reducir la posibilidad de fallas de bombeo en todo el sistema. Los sellos fallan, los componentes internos se desgastan y la eficiencia de la bomba se degrada con el tiempo, y al mismo tiempo, los productos orgánicos y otros contaminantes pueden depositarse en el interior e impedir el flujo de aguas residuales en las tuberías transportadoras. Algunos contaminantes también pueden corroer los componentes internos de los equipos.
Debido a que los sopladores se desgastan y fallan en diferentes momentos, reemplazarlos todos a la vez puede ser una decisión difícil, una decisión que requiere una inversión de capital sustancial con el apoyo de la administración superior o la aprobación del gobierno. El reemplazo total puede ser necesario con plantas más antiguas o cuando la eficiencia general del tratamiento de aguas residuales no puede mantenerse al día con las crecientes demandas de tratamiento debido a nuevos desarrollos o factores de demanda estacionales. Esto puede implicar la instalación de estaciones aéreas paralelas para mantener el ritmo de la demanda. En la mayoría de los casos, un sistema de refuerzo de O2 puede ofrecer una alternativa rentable a la sustitución completa o un valioso complemento de pretratamiento a un sistema de aireación existente.
Cinco veces mejor que el aire
La transferencia de oxígeno puro puede resolver varios problemas sin la necesidad de una construcción compleja. La transferencia adicional de oxígeno cubre las necesidades máximas, por ejemplo, en caso de aumento de la entrada de aguas residuales, intensificación de la DBO/DQO, concentración de nitrógeno o fluctuaciones importantes en las cargas contaminantes. En algunos casos, las autoridades de tratamiento desean adoptar normas de tratamiento más estrictas por razones ambientales locales o, de lo contrario, las nuevas demandas de los sistemas de tratamiento existentes pueden exceder la capacidad de diseño original. Las comunidades también pueden necesitar mejorar su capacidad debido a nuevos desarrollos en el área o simplemente querer mejorar la capacidad de tratamiento de aguas residuales durante y después de las tormentas.
Muchos problemas de tratamiento de aguas residuales municipales se remontan a una oxigenación insuficiente, y una señal de purificación inadecuada o procesos de descomposición anaeróbica son los olores ofensivos. Idealmente, las plantas deben responder a los olores y otros problemas de tratamiento temprano para evitar exceder los objetivos de tratamiento o generar quejas de la comunidad. Los sistemas de oxigenación son naturalmente mucho más eficientes que la aireación directa, con un 79 por ciento de nitrógeno y solo un 21 por ciento de oxígeno. Del mismo modo, el 100 por ciento de oxígeno ofrece aproximadamente cinco veces la capacidad de oxigenación de un sistema de aire forzado.
Se puede inyectar oxígeno en las aguas residuales de varias maneras. En los sistemas complementarios, el sistema de inyección de oxígeno se puede instalar como pretratamiento antes de la aireación primaria o, más a menudo, directamente en una laguna de tratamiento aireada. La oxigenación suplementaria suele ser más efectiva cerca de la entrada del efluente, pero se pueden colocar varios inyectores en un estanque de tratamiento para tratar desde múltiples lados y lograr los objetivos del tratamiento. Además, un sistema suplementario puede reducir rápidamente las demandas de un sistema de aireación primaria y puede funcionar de forma continua o solo durante las cargas máximas de tratamiento. El sistema de oxigenación puede impulsar un volumen de gas más bajo, mientras que la eficiencia del tratamiento será mucho mayor. Un sistema suplementario también puede reducir la demanda del sistema de aireación primario, contribuyendo así a reducir los costos de energía y mantenimiento.
Ventajas del sistema de refuerzo de oxígeno
- Solución rápida para muchos problemas de olor y tratamiento
- Inversión de bajo costo
- Mejor rendimiento del tratamiento
- Transferencia y utilización optimizadas de oxígeno
- Bajo mantenimiento
Fig. 1. Diagrama del Sistema.
Un método común de inyección de oxígeno para sistemas municipales es a través de chorros de gas especiales (ver diagrama del sistema Fig. 1). La Figura 2 muestra un conjunto patentado de chorros de gas para el sistema SOLVOX® – V de Linde para una distribución uniforme del agua enriquecida con oxígeno. Los chorros son fáciles de instalar en lagunas existentes o tanques de tratamiento. La instalación incluye un tanque de almacenamiento de oxígeno, un sistema de control y una unidad de vaporizador que convierte el O2 líquido en gas de oxígeno a baja presión. El sistema está diseñado para adaptarse a las cargas máximas previstas, mientras que el sistema de control mide el oxígeno para satisfacer las demandas de tratamiento instantáneo y minimiza el consumo general de oxígeno. El sistema también incluye líneas de suministro para cada banco de chorros y un soplador sumergible para cada juego.
Fig. 2. Un sistema de refuerzo con chorros de oxigenación que requiere una inversión mínima, es fácil de instalar y es ideal para lagunas de tratamiento de aireación.
Otro método de suministro de O2, utilizado para tratar efluentes orgánicos preseleccionados en tanques de tratamiento grandes, es a través de mangueras de oxígeno o esteras de difusión. Este método se usa más a menudo como el sistema de tratamiento primario de oxígeno, pero también se puede usar como un sistema suplementario para controlar más estrechamente la DBO en tanques de tratamiento aeróbico. Las mangueras de oxígeno y las esteras de difusión especialmente diseñadas son útiles para maximizar la actividad aeróbica en tanques de profundidad moderada. Para profundidad de 15-20 pies. tanques, una inyección de corriente lateral es más económica.
Las mangueras de oxígeno o las esteras de difusión inyectan O2 en un diseño serpenteante cerca del fondo del tanque. El oxígeno se suministra a presiones inferiores a 100 psi y empuja a través de perforaciones, enviando miles de pequeñas burbujas a través del líquido (ver Fig. 3). El flujo ascendente de oxígeno disuelto alimenta la digestión aeróbica al tiempo que contribuye a la circulación del tanque. Una manguera de oxígeno o alfombra de difusión con 120 pies. de capacidad lineal puede incluir aproximadamente 300 perforaciones por pie, y puede transferir oxígeno a aproximadamente 300 a 800 scf/h, dependiendo de los constituyentes de las aguas residuales, las temperaturas del agua y otros factores de entrega y difusión. Junto con un sistema de retroalimentación, el monitoreo de los niveles de oxígeno disuelto cerca de la superficie del tanque puede ayudar a maximizar la eficiencia de la oxigenación y proporcionar un medidor útil para suprimir olores. Los chorros de gas o los sistemas de oxigenación por estera de difusión generalmente se pueden instalar en cuestión de 1-2 días.
Algunas plantas de tratamiento municipales incluyen desnitrificación, y la oxigenación puede proporcionar una forma rentable de aumentar la eficiencia de los lodos activados y otros sistemas de tratamiento de desnitrificación. Además de los métodos anteriores, el oxígeno se puede inyectar directamente en tuberías de presión a medida que los efluentes fluyen hacia o desde un tanque de tratamiento. Las boquillas esféricas especiales también pueden evitar obstrucciones, y el tipo y la ubicación de la inyección de oxígeno pueden variar según el tipo y la configuración del sistema. Para reiterar, un sistema de refuerzo de oxígeno suplementario es relativamente fácil de adaptar. También vale la pena señalar la desnitrificación, ya que se deben considerar otros usos de la oxigenación para la planificación del sitio.
Fig. 3. Burbujas de oxígeno de alta pureza a través de mangueras de tratamiento perforadas para aumentar la eficiencia de aireación.
Los sistemas de oxigenación requieren un suministro constante de oxígeno de grado industrial, pero tienen pocas piezas móviles, si es que las hay. La única energía externa se dedica al sistema de control (y sopladores para oxígeno por chorro), por lo que la oxigenación utiliza solo una fracción de la energía de un sistema de aireación equivalente. El oxígeno de alta pureza (normalmente >99,5%) minimiza el desgaste de los componentes internos del sistema de administración y ayuda a garantizar un rendimiento de tratamiento uniforme.
Las instalaciones municipales de tratamiento pueden poseer o arrendar los tanques de almacenamiento de oxígeno en el lugar, y el oxígeno certificado se suministra a través de un acuerdo anual o plurianual con un proveedor primario de gas industrial. Los acuerdos de suministro pueden incluir tuberías para grandes sistemas municipales o sistemas de monitoreo telemétrico de tanques para que las entregas se puedan programar automáticamente cuando el oxígeno licuado caiga por debajo de un nivel de almacenamiento específico.
En resumen, los sistemas de refuerzo de oxígeno ofrecen una forma rápida de mejorar en gran medida el rendimiento del tratamiento y prolongar la vida útil de los compresores y sistemas basados en aire existentes. Una evaluación in situ y pruebas de DBO pueden determinar los parámetros de flujo y tratamiento existentes, así como definir los requisitos para un sistema de refuerzo de oxígeno. Si bien los sistemas de oxigenación a veces se utilizan en el tratamiento de rescate, el mejor momento para instalar un sistema de refuerzo es antes de los picos estacionales y mucho antes de que se supere la capacidad existente.
Sobre el autor: Stefanie Gregg es Ingeniera de Ventas de aplicaciones en Linde con más de 13 años de experiencia en ingeniería en tratamiento de agua/aguas residuales industriales y municipales. Asiste regularmente a profesionales de tratamiento de agua en todo Estados Unidos. en la evaluación de sistemas para la mejora de procesos y desarrollo de estrategias para la eficiencia máxima. Gregg obtuvo una licenciatura en Ingeniería Química de la Universidad de Drexel.
Acerca de Linde: Linde es el mayor proveedor comercial de CO2 en América del Norte con una extensa red de distribución a nivel nacional. La compañía también ofrece sistemas de disolución de gas de oxígeno (O2) y ozono (O3) para el tratamiento del agua. El Equipo de Tratamiento de Agua de Linde revisa los desafíos del tratamiento y desarrolla soluciones de ingeniería completas para el almacenamiento, la medición y la inyección de gases. Para obtener más información, visite Linde en www.lindewatertreatment.com, o llame al 800-755-9277.