El suministro de oxígeno para aireación es el principal elemento que consume energía en una planta de tratamiento, alcanzando de un 50 a 90% del total de consumo de energía. El reemplazo de sistemas poco eficientes por sistema de aireación de difusores de burbuja fina puede conducir a un ahorro energético, de hasta el 50%, con un período de retorno de la inversión de 2 a 5 años.
Difusores de Planta de Tratamiento
Se conocen como difusores de aire u oxígeno los elementos finales utilizados para transferir oxígeno al lodo activado en una planta de tratamiento biológica.
Los difusores de aire para plantas de tratamiento de aguas residuales son clasificados de acuerdo al tamaño de la burbuja, en difusores de burbuja fina y burbuja gruesa.
Los difusores, además, suelen ser clasificados por su geometría, siendo las más comunes:
- Difusor de Disco
- Difusor Tubular
- Difusor de Panel
Tradicionalmente, los difusores de burbuja fina han sido los más utilizados para los sistemas de aireación por su alta eficiencia energética.
Los difusores de burbuja gruesa, en cambio, se han utilizado en instalaciones de aguas residuales donde se prevé taponamiento rápido de la membrana del difusor por las características propias del efluente. También, para reducir costos de mantenimiento o aumentar la confiabilidad donde las interrupciones al servicio puedan ser problemáticas.
Difusores de Burbuja Fina
Las burbujas finas se producen al someter aire u oxígeno a presión sobre un material poroso o membrana de material plástico o elastómero que se perfora con huecos minúsculos.
Un elemento a considerar cuando se utilizan difusores de burbuja fina, es que el aire debe estar filtrado para evitar su taponamiento.
Los difusores de burbuja fina modernos de alta eficiencia producen burbujas en diámetros promedio de 0,8 mm. El tamaño de la burbuja es uno de los factores más importantes para la eficiencia de un sistema de aireación. Mientras más pequeñas son las burbujas, mayor será la superficie de contacto por volumen de aire. Además, su velocidad de ascenso será menor conduciendo a un mayor tiempo de contacto.
La eficiencia de transferencia de oxígeno de los difusores de burbuja fina depende además de otros parámetros, tales como:
- Tipo, tamaño y forma del difusor
- Profundidad de sumergencia
- Temperatura del efluente
- Flujo de aire
- Geometría del tanque, que incluye al cabezal de aire y el arreglo de los difusores (patrones de flujo)
- Características del efluente
Eficiencia de un difusor
Ahora bien, se usa el parámetro SOTE (iniciales en inglés) que es la Eficiencia Estándar de Transferencia de Oxígeno (EETO en español). SOTE viene expresado en porcentaje y no es más que la relación entre la masa de oxígeno suministrado y la masa de oxígeno transferido. (Las condiciones estándar son 20 °C y 1 atm. de presión.)
Los difusores con un SOTE mayor serán más eficientes y por ende el flujo de aire requerido hacia el reactor será menor, para conseguir igual transferencia de oxígeno, bajo condiciones iguales de temperatura y presión. Como consecuencia, menor consumo de energía se requerirá para producir menor cantidad de aire.
La norma para determinar la eficiencia de los difusores es la (ASCE/EWRI 2-06) Measurement of Oxygen Transfer in Clean Water.
Los fabricantes reconocidos de difusores divulgan datos o gráficas de SOTE que permiten a los ingenieros diseñar los sistemas de aireación. En la gráfica se muestra el ejemplo de los difusores T EDI Flexair®.
Los valores de SOTE reportados por fabricantes permitirá una comparación peras con peras entre difusores de distintos fabricantes bajo condiciones iguales, estándar. Sin embargo, la eficiencia real del sistema biológico dependerá de las características particulares de su proyecto, lo cual es un proceso de diseño más complejo que requerirá de análisis de alternativas y análisis económico.
En conclusión, al momento de emprender una rehabilitación de una planta donde se introducirán difusores de burbuja fina, será necesario un trabajo previo de diseño coordinado donde se incluya la información técnica y experiencia de los fabricantes de difusores.
Preguntas frecuentes sobre difusores de burbuja fina
¿Qué son los difusores de burbuja fina?
Son los elementos finales de un sistema de aireación que transfieren oxígeno al lodo activado en una planta de tratamiento de aguas residuales (PTAR). Producen burbujas de aproximadamente 0,8 mm al pasar aire a presión a través de una membrana porosa, lo que maximiza la superficie de contacto entre el aire y el agua y, con ello, la eficiencia de transferencia de oxígeno.
¿Cuál es la diferencia entre difusores de burbuja fina y burbuja gruesa?
Los difusores de burbuja fina ofrecen mayor eficiencia energética y son la opción preferida en los procesos biológicos de lodos activados. Los de burbuja gruesa se emplean para mezcla y agitación, o en efluentes que provocan taponamiento rápido de la membrana, donde se prioriza la confiabilidad operativa sobre la eficiencia de transferencia.
¿Cuánta energía ahorran los difusores de burbuja fina?
La aireación representa entre el 50 % y el 90 % del consumo energético de una PTAR. Sustituir un sistema ineficiente por difusores de burbuja fina puede reducir ese consumo hasta un 50 %, con un período de retorno de la inversión típico de 2 a 5 años.
¿Qué tipos de difusores de burbuja fina existen?
Los más comunes son los difusores de disco, los tubulares y los de panel, fabricados normalmente con membrana de EPDM, silicona o PTFE. La selección depende del caudal de aire, la geometría del tanque y las características del agua residual a tratar.
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