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B&B LatAm TOP 5

Si bien es posible utilizar difusores en procesos productivos, i.e. agitación o mezcla neumática, en nuestro caso nos referiremos exclusivamente a las aplicaciones más comunes en tratamiento biológico de efluentes, e.g. remoción de DBO5,  nutrientes, digestión aeróbica de lodos, pulimiento (“polishing”), pretratamiento aireado en tanque de ecualización, entre otros. 

Posiblemente la mayor aplicación de difusores, tanto tipo tubo como disco, sea en procesos de lodos activados y sus variantes.  En general lo que se busca es mantener una población de microorganismos que consuman la materia orgánica disuelta (aproximadamente 0.45 µm en malla Whatman).  Al igual que en aireación mecánica, debe calcularse la potencia necesaria (de alguna manera la cantidad de aire, e.g. m3/h) a efectos de oxigenación y compararla con la potencia (cantidad de aire, en forma análoga) necesaria para prevenir decantación de biomasa en el reactor y lograr una mezcla o distribución uniforme de los constitutivos.  

Para poder tener uniformidad de criterios nuestra definición recomendada de “mezcla completa” involucra que la concentración de sólidos suspendidos no varíe más allá de un 10%, por exceso o por defecto, de la concentración media en cualquier punto del tanque o laguna y que NO ocurra un significativo depósito o decantación en el fondo dicho reactor.

En la mayoría de los casos puede lograrse una estimación del caudal de aire necesario para oxigenación Vo a partir de datos básicos (DBO5, TKN, temperatura, profundidad de operación).  Por otro lado, la cantidad de aire necesaria para evitar decantación de biomasa y permitir mezcla completa Vm puede estimarse prescribiendo aproximadamente 0.12 – 0.15 CFM por sq.ft. de fondo.  En el caso de digestores aeróbicos de lodo es frecuente ver especificaciones del orden de 0.25 – 0.3 CFM por sq.ft. de fondo de tanque  

Siendo que muchas veces se trata de restauración de instalaciones donde ya hay tanques existentes de geometría dada, podemos distinguir tres contextos más o menos “clásicos” según sean estos valores:

1. Si Vo = Vm tenemos suerte en el sentido de que no “desperdiciamos” ni “sobra” nada y la selección en cuanto a proceso es bastante directa;

2. Si Vo >> Vm en realidad poco podemos hacer pues no hay más remedio que entregar el oxígeno que se necesita; en cierta manera sería importante ver la posibilidad de utilizar un reactor más grande para aprovechar mejor el aire y simultáneamente tener un proceso con más capacidad de tratamiento, e.g. en vez de tener un día de retención hidráulica considerar la alternativa de dos, o eventualmente tres o más días, siempre con retorno de lodos;

3. Si Vo << Vm puede considerarse considerar un reactor menor o administrar el aire con lo podríamos llamar un sistema de alimentación de intercalación controlado automáticamente.

En cuanto a valores de diseño, puede pensarse en 8 – 10 CFM por metro de difusor tubular y 1.3 - 1.5 CFM por difusor de disco de 9”.  Estos valores genéricos son bastante establecidos en la industria y si bien la selección final puede optimizarse, pueden utilizarse en diseños preliminares.

 En muchos casos la información de fabricante es propietaria.  Sin embargo, algunos fabricantes aceptan un cociente AOR/SOR entre 0.33 y 0.38 en ausencia de datos de consultoría.  Asimismo puede tomarse entre 1.7 y 2% una eficiencia de transferencia por cada pie de sumergencia.  Tendríamos entonces para una profundidad de operación de 3.05m (10’) una eficiencia de transferencia entre 17 y 20% en condiciones standard. 

Todos los fabricantes de difusores reconocen que tarde o temprano el rendimiento de las membranas decrece significativamente.  Aún cuando frecuentemente se menciona una vida útil cercana a 10 años, en nuestra experiencia (aún muy satisfactoria por parte de clientes) hemos visto necesidad de realizar cambio de membranas antes de 5 años.  Todo depende lo que haya que minimizar en el momento de construir la planta de tratamiento.  Tal vez parte de una solución para tener una muy buena experiencia con este tipo de unidades consiste en diseñar el proceso con bajas cargas volumétricas.  Si bien en ambientes muy bien controlados valores como 50 lbBOD/day per 1000 cu.ft. son considerados “medios”, tal vez una escuela de diseño con sistemas de aireación difusa especificaría trabajar entre 10 y 15 lbBOD/day per 1000 cu.ft.  Aún cuando en el diseño estaríamos pensando en una larga vida para los difusores tal vez más fundamentalmente estamos pensando en un proceso extremadamente estable y flexible, probablemente con f/m = 0.05 - 0.1.  No sólo tendríamos mejor remoción sino que tendríamos menos y mejor lodo excedente en cuanto a tendencia a decantar.  

Un aspecto importante en cuanto a minimización de equipamiento constituye la profundidad de trabajo u operación de los difusores.  Puede decirse que a grosso modo, una instalación que tenga el doble de profundidad de operación que otra, requerirá aproximadamente la mitad de la inversión  de los componentes a instalar en el tanque.  El BHP sin embargo se estabiliza pues lo que se gana en transferencia se pierde en pérdida de carga a vencer.

 En cualquier caso, recordemos los márgenes de seguridad recomendados: cualquier valor entre 1.3 y 1.5.

Ejemplo Ilustrativo # 1 1600 m3/día DBO5 = 300 mg/L

Exclusivamente a efectos de visualizar posibles contextos de operación preliminares de difusores en dos configuraciones “clásicas” (a. zanja de oxidación con 4 días de retención hidráulica y retorno de lodo recomendado y b. planta “compacta” o planta de lodos activados) se incluyen los archivos ejemplo1.pdf y ejemplo2.pdf.

 Básicamente las especificaciones requieren procesar 1600 m3/día de una pequeña industria láctea, con una DBO5 cercana a 300 mg/L, TKN supuesto 34 mg/L en ausencia de datos. 

 La alternativa de laguna aireada de mezcla completa se plantea resolver con una pileta de aproximadamente cuatro días de retención hidráulica.  Del punto de vista de proceso se toma un f/m muy bajo pues el proyecto podría NO incluir pretratamiento mediante DAF lo cual duplicaría la DBO5 de entrada, y en un futuro podría requerir nitrificación.  El particionamiento del sistema, que muestra solamente dos celdas o particiones, arbitrarias, probadamente mejora el rendimiento del sistema total.    Se incluye asimismo, a efectos comparativos, distintos valores de AOR/SOR en caso de aireación mecánica.  En forma similar, para tener una mejor perspectiva en cuanto a las distintas alternativas, se presentan valores de HP para mezcla en distintos niveles de densidad de potencia, y se incluyen estimativos para aireadores mecánicos (alta velocidad y baja velocidad) de referencia.  Si bien el diseño puede o no incluir retorno de lodos, cualquier mecanismo de particionado y/o retorno de biomasa es de recomendación inequívoca, a efectos de reducir pérdidas o arrastre de biomasa (“washed out”) por ejemplo en instancias de excesiva precipitación.  A efectos ilustrativos, se incluyen valores estimados de salida de BOD5 de las particiones según pauta de EPA para efluentes municipales para el caso que no se haya efectivo el retorno de biomasa (de ahí la importancia de operar en modo de lodos activados).

 El diseño de la planta compacta sigue lineamientos convencionales y supone inexistencia de clarificador primario.  Al igual que en el caso anterior, y a modo de referencia o ilustración, se incluye dimensionamiento preliminar empleando aireadores de alta y baja velocidad de referencia.  Se calcula asimismo un clarificador secundario con una tasa hidráulica (300 gpd/sq.ft.) y decantación conservadora (0.7% SS en lodo) y su correspondiente tasa de  recirculado según distintas edades de lodo.  Sin incluir el dimensionamiento del espesador (gravedad o mesa espesadora), se estima generación de lodos a deshidratar con pautas establecidas como razonables para efluentes municipales.

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