Aire Difundido vs. Sistemas mecánicos de aireación de aguas residuales

Las distintas plantas deben priorizar diferentes necesidades y objetivos a lo largo del proceso de tratamiento de las aguas residuales. La elección de un sistema de aireación industrial adecuado para su planta de tratamiento de aguas residuales dependerá de varios factores:

• Volumen de aguas residuales
• Composición de las aguas residuales y necesidades de oxígeno
• Requisitos de eficacia
• Tamaño del tanque o laguna
• Ubicación de la planta y clima
• Objetivos de reducción del mantenimiento
• Objetivos de costes de capital
• Objetivos de costes de mantenimiento
• Objetivos de costes energéticos

Las plantas de tratamiento de aguas residuales pueden satisfacer muchas de estas necesidades al mismo tiempo con la elección de un sistema de aireación eficaz y de alta calidad.

Los difusores de burbujas finas están hechos de membranas flexibles que contienen miles de agujeros minúsculos y producen burbujas de 1 a 3 mm de diámetro. Estos difusores se presentan en tres tipos principales:

1. Difusores tubulares: Estos tipos de difusores tienen más superficie para permitir la liberación de más burbujas por difusor. Son más largos y más neutralmente flotantes que los discos, y proporcionan la mayor cantidad de aire a través de la menor cantidad de tubos de acero inoxidable, por lo que son especialmente adecuados para los sistemas de aireación recuperables que se elevan fuera de un tanque para su limpieza.
2. Difusores de disco: Estos difusores multiuso son los más populares para los sistemas de aireación fijos que se fijan al fondo del tanque. Los aireadores de superficie fija requieren menos mantenimiento y suelen durar más, lo que los convierte en la elección natural.
3. Paneles perforados con agujas: A diferencia de las membranas de los difusores tubulares y de disco, las membranas de estos difusores no suelen flexar. Contienen orificios fijos cuyos tamaños de burbuja permanecen constantes al variar el caudal de aire. También son mucho menos eficaces con depósitos más profundos y funcionan con una contrapresión y una pérdida de carga elevadas.

Los difusores de burbujas finas no pueden funcionar con demasiado caudal de aire, o las rendijas nunca llegan a cerrarse del todo. Entonces producen burbujas gruesas en lugar de burbujas finas. Las diminutas burbujas no desplazan una gran columna de agua, por lo que estos difusores no contribuyen a una mezcla extremadamente potente, pero proporcionan una mezcla suficiente para mantener las partículas típicas de biosólidos en suspensión cuando funcionan según lo previsto.
El conjunto de pequeñas burbujas producidas por los difusores de burbuja fina tiene una superficie mayor que el menor número de burbujas más grandes producidas con los sistemas de burbuja gruesa, por lo que son primordiales para la transferencia de oxígeno y la eficacia. Las diminutas burbujas también suben más lentamente, lo que permite un mayor tiempo de contacto y una mayor transferencia de oxígeno. Por lo general, pueden funcionar con la mitad de caudal de aire que los difusores de burbuja gruesa.

Las ventajas de los aireadores difusos son las siguientes:

• Mezcla más completa de abajo arriba: A diferencia de los aireadores de superficie para la gestión de aguas residuales, que proporcionan una fuerte mezcla principalmente en la superficie, los aireadores difusos proporcionan una mezcla completa en toda el agua residual. Como las burbujas se originan en el fondo y suben hacia arriba, mezclan todo el tanque. De este modo, los tanques evitan las zonas muertas en las que pueden formarse lodos no deseados.
• Idoneidad para tanques más profundos: El aire de los aireadores de superficie no siempre puede llegar al fondo de un tanque profundo. Los aireadores difusos, que se montan en el fondo del tanque, ayudan a evitar este problema.
• Mejor eficacia de transferencia de oxígeno del aireador de superficie: Los aireadores difusos proporcionan más aire al sistema de aguas residuales por unidad de potencia. Las plantas que cambian a aireadores difusos desde otros modelos suelen obtener un ahorro energético de entre el 30 y el 40% en .
• Bajo impacto ambiental: La alta eficiencia de los sistemas de aireación difusa hace que necesiten mucha menos energía para funcionar. Esto las convierte en una opción excelente para las plantas que buscan implantar prácticas de funcionamiento más ecológicas y respetuosas con el medio ambiente.
• Bajo mantenimiento: A diferencia de los difusores mecánicos, que se componen de ejes mecánicos de superficie batiente y giratoria, los aireadores difusos tienen relativamente menos piezas mecánicas. Esto facilita un mantenimiento sin complicaciones. Las plantas sólo tienen que limpiar los difusores periódicamente, revisar los filtros de aire y vigilar si hay piezas que deban sustituirse.
• Diseño flexible: Una planta de tratamiento de aguas residuales puede personalizar el tamaño de su sistema de aireación difusa para adaptarlo al tamaño de su depósito o laguna. Basta con añadir más difusores para llenar el espacio. La planta puede espaciar los difusores por igual para conseguir una distribución uniforme del oxígeno o crear un conjunto escalonado, con más difusores cerca de la boca del tanque, para mejorar la eficacia del sistema.
• Gestión más sencilla de las soplantes: Debido a su mayor eficacia, los sistemas de aireación difusa suelen tener menos soplantes que mantener. Las soplantes de un sistema de aireación difusa suelen estar situadas en tierra, en lugar de en las aguas residuales, por lo que a las plantas les resulta más fácil realizar su mantenimiento. Los motores eléctricos suelen representar el 90% de los costes energéticos de una planta, por lo que reducir el número de soplantes también redunda en un mayor ahorro de costes.
• Durabilidad y longevidad: Mientras que las numerosas piezas móviles de un aireador mecánico probablemente se averiarán, requiriendo reparaciones y sustituciones más frecuentes, un sistema de aireación difusa de calidad durará hasta diez años o más.
• Costes más bajos a largo plazo: Gracias a su menor demanda de energía y mantenimiento, el funcionamiento de los aireadores difusos es más barato a largo plazo que el de los aireadores mecánicos.
• Rendimiento fiable en condiciones meteorológicas extremas: Los difusores situados en el fondo de un depósito de aguas residuales no se volverán helados y resbaladizos ni fallarán en condiciones climáticas frías y duras.
• Seguridad: Con un sistema de aireación difusa y sus motores en tierra, no hay cables eléctricos que atraviesen las aguas residuales. Así se consigue un entorno de trabajo más seguro para los operarios y el personal de la planta.

Los inconvenientes de los aireadores difusos son los siguientes:

• Mayor complejidad: Las plantas de tratamiento de aguas residuales deben adaptar sus sistemas de aireación difusa al tamaño del tanque y a la carga de aguas residuales. Deben proporcionar la cantidad de aire y el número de difusores adecuados para satisfacer las necesidades del sistema.
• Mayor coste de capital: Debido a su complicado diseño e instalación, los sistemas de aireación difusa suelen costar más por adelantado que los aireadores mecánicos.
• Mayor susceptibilidad al ensuciamiento: En los diminutos poros de los difusores pueden formarse más fácilmente lodos de obstrucción y acumulaciones químicas que en las palas de las hélices de los aireadores mecánicos.
• Menor eficacia en tanques muy poco profundos: Para tanques poco profundos de unos pocos centímetros, la potencia de agitación de un aireador mecánico proporciona más transferencia de oxígeno, mezcla y eficiencia de aireación que los difusores de burbujas.
• Menor eficacia en entornos agresivos: En entornos agresivos como las aguas residuales químicas, los diminutos poros del difusor luchan por mantener su eficacia.
• No son portátiles: Aunque las plantas a menudo pueden reubicar los aireadores mecánicos en diferentes ubicaciones del tanque separándolos de sus amarres y volviéndolos a colocar en otro lugar, los sistemas de difusores son fijos en su lugar.

Un sistema de aireación mecánica convencional funciona horizontalmente. Consta de una bomba y un tubo o un motor que hace girar una hélice. El sistema recoge el agua y la expulsa. Esta agitación crea una corriente y proporciona la mezcla. Al agitarse, el agua aspira y absorbe aire. El equipo mezcla esta agua aireada con el resto del agua del tanque o laguna e introduce constantemente más aire para airear y mezclar.
La mayoría de los sistemas de aireación mecánica son modulares y sólo hay que instalar una pieza. Las plantas pueden instalar varios sistemas en un depósito para obtener una cobertura total. Estos sistemas de aireación superficial suelen requerir que las boyas permanezcan en la superficie de las aguas residuales.
A continuación se describen tres tipos comunes de sistemas de aireación mecánica:

1. Aspiradores horizontales: Estos sistemas contienen hélices que giran más o menos horizontalmente. Empujan el aire por el eje vertical y lo introducen en el depósito.
2. Aireadores verticales: Estos sistemas contienen hélices que giran verticalmente para impulsar el agua hacia el aire.
3. Aireadores de chorro: Estos sistemas funcionan como una combinación de los tipos horizontal y vertical, con aire inyectado para una mayor aireación.

A continuación exponemos los pros y los contras de la aireación mecánica.

• Fuerte mezcla y transferencia de oxígeno: Los fuertes movimientos de agitación de las palas de la hélice mezclan eficazmente las aguas residuales para transferir oxígeno para la aireación y mantener los biosólidos de aguas residuales en suspensión.
• Sencillez: El equipo es sencillo de instalar, utilizar y trasladar para las plantas de tratamiento de aguas residuales.
• Menores costes de capital: Como no hay nada complejo que diseñar o instalar, los sistemas de aireación mecánica suelen tener un precio inicial más bajo que los sistemas de aireación difusa.
• Mayor eficacia en tanques muy poco profundos: En tanques de pocos centímetros, la mezcla localizada de un sistema de aireación mecánica resulta extremadamente eficaz.
• Mayor eficacia en entornos difíciles: A diferencia de los sistemas de aireación difusa, los sistemas de aireación mecánica están compuestos de metal, a menudo metal resistente a la corrosión. Su construcción metálica duradera las hace ideales para entornos difíciles, como las aguas residuales químicas.
• Portabilidad: Como los aireadores mecánicos flotan, las plantas pueden trasladarlos a distintos lugares del tanque separándolos de sus amarres y volviéndolos a fijar en otro sitio.

• Mezcla localizada y transferencia de oxígeno: Estos procesos funcionan eficazmente en la superficie, pero no tanto en las profundidades del tanque. En las zonas muertas, donde no se produce mezcla, pueden formarse lodos indeseados.
• Menor eficacia de la aireación: Debido a que crean menos superficie para la transferencia de oxígeno y distribuyen el oxígeno de forma desigual por todo el tanque, los sistemas de aireación mecánica proporcionan una aireación menos eficiente que los sistemas de aireación difusa.
• Gestión más difícil de los sopladores: Al ser menos eficientes, los aireadores mecánicos requieren más sopladores. Más soplantes significan más trabajo de mantenimiento. Los sopladores también están situados en el agua, lo que dificulta el mantenimiento.
• Impacto medioambiental: Los procesos menos eficientes de aireación mecánica conllevan una mayor demanda de energía.
• Más requisitos de mantenimiento: Los sistemas de aireación mecánica tienen más equipos mecánicos que mantener que los sistemas de aireación difusa.
• Mayores costes de funcionamiento: Dado que los aireadores mecánicos requieren más reparaciones y sustituciones, su funcionamiento es más caro a largo plazo.
• Mal funcionamiento en condiciones climáticas adversas: Los aireadores de superficie pueden helarse con las bajas temperaturas y, en condiciones climáticas extremas, los motores pueden dejar de funcionar.
• Olores desagradables: La formación de aerosoles superficiales causada por los aireadores mecánicos de superficie provoca olores desagradables en la superficie del depósito.
• Menos eficaz en tanques muy profundos: La mezcla proporcionada por la fuerte aireación superficial disminuye muy rápidamente lejos de la fuente. En los tanques grandes, los aireadores mecánicos de superficie suelen tener un alcance limitado, y se forman lodos no deseados en las zonas muertas donde no se produce la mezcla.
• Menos seguridad: Los cables eléctricos en las aguas residuales crean un entorno más peligroso para el personal de mantenimiento.