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Sistemas de Aireación en tratamiento de agua residual industrial

Por: Ing. Michael Castro Solís

La aireación puede ser utilizada en actividades como la acuicultura, remoción de sustancias volátiles de una corriente líquida, tratamiento de aguas residuales entre otras. La aireación en tratamiento de aguas residuales es la que nos interesa comentar, esto para entender las capacidades operativas de los equipos de aireación existentes y así tener un buen criterio de selección y uso de los aireadores.

El uso de la aireación en el tratamiento de aguas residuales es bastante común, este puede ser utilizado en sistemas de lodos activados, tanque de homogenización, lagunas aireadas. Cada una de las aplicaciones anteriores buscan como es natural, la transferencia del oxígeno del ambiente a la fase líquida, si bien es cierto este es el propósito principal de la aireación, también pueden lograrse  dependiendo otros objetivos como: mezclado, suspensión de sólidos, enfriamiento o calentamiento del agua a tratar; además de la disolución de los gases en el líquido.

Para la selección de un equipo de aireación para aguas residuales, es necesario tomar en cuenta primero cuál es la demanda de oxígeno del proceso para poder escoger un sistema que alcance el rendimiento deseado sin exceder la demanda energética razonable, ya que si se desea, las tecnologías actuales tienen una gama amplia de equipos que  permiten alcanzar valores altos de transferencia de oxígeno pero sin olvidar que dicha eficiencia viene acompañada de un consecuente aumento de la demanda energética, demanda que puede tal vez no justificar el beneficio que la unidad de tratamiento está generando en la calidad del agua, lo que lo hace poco rentable.

En segunda instancia, es necesario considerar en qué grado es necesaria la mezcla, la suspensión de sólidos y/o transferencia de calor entre las corrientes, condiciones que dependen de manera muy específica de la unidad de tratamiento y de las características del diseño hidráulico. Incluso el efecto de la mezcla en las características de la biomasa en el caso de lagunas y lodos activados, el uso de equipos que la sometan a esfuerzos cortantes altos, pueden causar problemas en la sedimentabilidad de la biomasa.

Clasificación de sistemas de aireación.

De manera muy general podemos clasificar los sistemas de aireación de acuerdo a la forma en la que incorporan el aire en la fase líquida, es decir en como promueven el contacto de las fases aire-líquido para generar la fuerza motriz de la difusión del oxígeno hacia el líquido, pueden ser de tres tipos:

  • Mecánicos
  • Difusión
  • Híbridos

Los sistemas mecánicos, utilizan el aire como la fase continua, el agua como la fase discontinua, los sistemas de aireación mecánicos, dispersan el agua (fase discontinua), en el aire (fase continua), la capacidad de transferencia en este caso está en función del tamaño de las gotas del líquido disperso, del tiempo de residencia (altura) y la capacidad de bombeo (masa de líquido dispersa por unidad de tiempo).

Los sistemas mecánicos se pueden sub-clasificar en

  • Sistemas de aireación mecánica de baja velocidad.
  • Sistemas de aireación mecánica de alta velocidad.

Los sistemas de baja velocidad o también llamados de flujo radial  están compuestos por un elemento rotativo que se asemeja a un agitador, debido a que trabaja a baja velocidad (20-100 rpm) pero muy alta torsión es grande y robusto, su geometría es variada, su forma lo hace poco hidrodinámico teniendo alta resistencia a la rotación dentro del agua, pero el vencimiento de esta resistencia es la que genera la dispersión y la mezcla.

El hecho de tener pares de torsión altos por la resistencia del rotor exige la colocación de cajas de reducción para los motores, para mantenerlos en un ámbito normal de revoluciones, así como sistemas fijos de anclaje, ya sea ajustado a las paredes del tanque o puentes anclado. Su mantenimiento e instalación es más costosa debido a que tiene más partes móviles que los de alta velocidad y además esta sometidos a esfuerzos y vibraciones mayores, lo que causa mayor frecuencia de fallas en rodamientos y engranajes.

Entre sus bondades esta le buena mezcla, la alta capacidad de bombeo, su extendido radio de mezcla y suspensión de sólidos, lo que lo hace apto para lagunas aireadas con sólidos totalmente suspendidos y lodos activados.

Datos de sistemas de baja velocidad.

  • Peso:  (43-5000)kg
  • Consumo: (1,1-150) kW
  • Caudal Nominal: (2,3- 150) kgO2/h
  • Caudal:(540-16.920) m3/h

Los sistemas de alta velocidad o también denominados de flujo axial, estos operan a la velocidad de giro de los motores eléctricos (900-1800 rpm), por lo que no requieren de moto-reductores, están provistos de propelas marinas o tornillos, con tamaños más pequeños si se comparan con los de baja velocidad, su  funcionamiento es homólogo al de una bomba, en este caso bombeando  hacia la atmosfera (aire la fase continua), en algunos casos tiene un tubo axial que aumenta la profundidad de succión, intentando de esta manera mantener la mejor mezcla y suspensión de sólidos, es necesario destacar que los sistemas de alta velocidad no tiene tan buena mezcla ni suspenden sólidos con tanta eficiencia como los sistemas de baja velocidad.

Sí ofrecen ventajas operativas ya que al no trabajar con pares de torsión altos, al ser mecánicamente más sencillos, son más livianos, no requieren de sistemas de anclaje robustos, incluso se puede considerarse como un equipo portátil, la mayoría de ellos flotan en los tanque o lagunas, con lo que su configuración puede ser cambiada de manera fácil y rápida.

A pesar de tener una mezcla y suspensión de sólidos  no tan eficiente como otros sistemas, su fácil mantenimiento y su capacidad de transferencia de oxígeno competitiva si se compara con los sistema de baja velocidad, el valor del consumo eléctrico y la ventaja operativa los hace una opción que prevalece y puede ser utilizada en lagunas parciamente mezcladas  y lodos activados.

 Datos de sistemas de alta velocidad

  •  Consumo:(0.75-112) kW
  • Capacidad Nominal:(8-110) kgO2/h
  • Caudal de Circulación:(456-5020) m3/h

Los difusores, de manera contraria tiene una fase continua líquida y una discontinua gaseosa, análogamente la capacidad de transferencia depende del tamaño de las burbujas de gas dentro del líquido, tiempo de retención (altura de la columna de líquido), capacidad de bombeo (masa de aire difundida dentro del líquido).

Se pueden clasificar por:

El tipo de Medio Poroso

  • Cerámicos
  • Plásticos Porosos y Rígidos
  • Membranas

Por la configuración del medio.(Forma)

Plato o Disco

  • Planos
  • Tubo
  • Domo
  • Orificio
  • Jets

La gama de sistemas de difusores es bastante amplia, son sistemas muy flexibles a las necesidades de consumo de oxígeno, las redes de difusores así como el tamaño de la burbuja, pueden ser configurados según el diseño de la planta, claro, no se debe olvidar que a pesar de que las posibilidades de transferir mucho oxígeno técnicamente es posible, la generación de burbujas pequeñas implica altas caídas de presión y por tanto consumos de energía muy altos. Por eso si se decide utilizar los difusores es necesario afinar los cálculos de diseño y evitar el sobre o sub dimensionamiento de la red de difusores.

En la operación, por encontrarse sumergido, representa una dificultad técnica para el mantenimiento de las redes de tubería y difusores. Una redes de difusores bien distribuidos genera una buena mezcla, con una ventaja sobre los sistemas mecánicos, que no ejerce esfuerzos cortantes altos sobre el líquido y sus sólidos, propiedad que lo hace idóneo para la aireación de lodos activados, debido que no destruye el floc biológico haciéndolo sedimentable. También pueden ser utilizados en tanque de homogenización como pre-aireación, proporcionan mezcla y evitan los malos olores.

Los sistemas híbridos pueden reunir características de los dos sistemas anteriores, los equipos disponibles con estas características son bastante amplios por lo que el funcionamiento de estos es variado y ajustable a necesidades muy específicas; hay que hacer notar que estos equipos al atender necesidades muy específicas, por lo general están diseñados para maximizar ya sea transferencia o la mezcla u otras características, ofreciendo rendimientos muy altos para una característica específica, pero sacrificando otros aspectos.

Es por eso que resulta indispensable realizar un estudio detenido y asesorarse con conocedores en el tema cuando se desea realizar la compra o instalación de un equipo de aireación para los sistemas de tratamiento de aguas residuales.

13 Comentarios

  1. Publicado: 20 junio, 2012 a las 8:05 PM | Permalink

    Estimados,
    Estamos interesados en implementar un sistema de aireación ascendente en una laguna dentro de nuestra operacion minera (UEA Uchucchacua – Cia de Minas Buenaventura Peru). Esta laguna se encuentra a 4500 msnm y cuenta con un volumen de 5 millones de metros cubicos. contamos con analisis de los parametros del agua y estudios de batimetria de la laguna. La consulta es si ustedes cuentan con los equipos para instalar este sistema o en todo caso nos pueden proponer algo.
    Quedamos a la espera de sus comentarios
    Atte.
    Elias Del Solar Llanos
    Medio ambiente
    UEA Uchucchacua
    Cia de Minas Buenaventura SAA

    • Mercadeo
      Publicado: 31 julio, 2012 a las 10:33 AM | Permalink

      Buenos días don Elías. Esperamos le haya sido de ayuda la información suministrada por medio de nuestro contacto. Cualquier información adicional, no dude en contactarnos.

  2. roberto bernal
    Publicado: 28 agosto, 2012 a las 11:54 AM | Permalink

    antes que nada un afectuoso saludo.

    Quiero saber que me sugieren: necesito airear una cisterna de 14.00 x 14.00 mts. x 8.00 mts. de prof. con una capacidad de 11 mil barriles (1749 m3), es agua para usarse en un sistema contra incendio, ¿que tipo de equipo me serviría? la cisterna actualmente esta cubierta, la pregunta es: ¿es necesario que la cisterna este descubierta, o hay algun sistema de aireación que pueda usarse en una cisterna cerrada?.
    les agradezco infinitamente sus comentarios.

    atte. Roberto Bernal
    kronos, ingeniería avanzada.
    Veracruz, México

    • Mercadeo
      Publicado: 30 agosto, 2012 a las 8:06 AM | Permalink

      Reciba un cordial saludo por parte de Serquimsa, don Roberto. Le agradecemos su confianza. Hemos remitido su inquietud al departamento de Ingeniería, muy pronto le estaremos respondiendo. Gracias.

  3. Ronald Bobiere
    Publicado: 5 diciembre, 2012 a las 5:21 PM | Permalink

    Favor cotizar laguna con aereadores mecánicos, para un caudal de 15 l/seg, de una fábrica de cerveza, sale de un digestor anaerobio con 1200 mg/l de DQO, necesitamos la cotización del aereador y un aproximado del área de laguna

    gracias

    r bobiere

    • Mercadeo
      Publicado: 10 diciembre, 2012 a las 10:49 AM | Permalink

      Buenas tardes, don Ronald. Ya el departamento de ingeniería le respondió por correo. Muchas gracias por habernos contactado.

  4. Elizabeth del Real
    Publicado: 8 abril, 2013 a las 3:18 PM | Permalink

    Buenas tardes:
    Necesitamos poner en la planta tratadora un sistema de aireación.
    La capacidad de la fosa es de 13,000 m3
    La oxigenación debe de mantenerse en 2mg/l mínimo
    Necesito saber del soplador, capacidad en hp
    La oxigenación es de burbuja fina con una oxigenación extendida.

    • Mercadeo
      Publicado: 8 abril, 2013 a las 4:09 PM | Permalink

      Buenas tardes, doña Elizabeth.
      Le agradecemos habernos contactado. Ya remití su consulta al área encargada quienes le darán seguimiento inmediato para responder su consulta.

      Que tenga un excelente día.

  5. Publicado: 9 junio, 2013 a las 7:39 PM | Permalink

    tengo una planta de efluentes de 10 m3/hora, dosifico polimeros,los que van a flocular,pero van ha estar en la parte superior de un DAF tipo cilindrico y la mezcla debe ser impulsada por el aire en particulas muy finas,favor que capacidad ,debe tener el aireador y cotizarlo

    • Mercadeo
      Publicado: 10 junio, 2013 a las 9:24 AM | Permalink

      Reciba un cordial saludo, don Angel. Ya fue remitida su consulta para su pronta respuesta. Gracias por contactar al equipo de Serquimsa.

  6. javier Peña
    Publicado: 19 julio, 2013 a las 2:50 PM | Permalink

    Me gustaría conocer si me pueden ayudar con un sietema de aereadores para aguas residuales de la ctividad minera

    Saludos
    Ing. Javier Peña
    SOMILOR

  7. RAFAEL GARCÍA S
    Publicado: 5 diciembre, 2013 a las 3:03 PM | Permalink

    PORQUE ALGUNAS PLANTAS DE TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS, INYECTAN AIRE A UN LADO Y AL FONDO DEL REACTOR BIOLÓGICO Y OTRAS INYECTAN EN TODA LA SECCIÓN TRANSVERSAL?

  8. alberto flores
    Publicado: 9 diciembre, 2013 a las 7:26 PM | Permalink

    quisiera saber como debe ser el giro de rotacion de un aereador de superficie flotante
    en una planta de tratamiento de aguas residuales gracias

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