Cómo reducir el coste energético de un sistema de aireación de aguas residuales

La mejor manera de reducir el coste energético de un sistema de aireación es aumentar su eficacia.

Las plantas pueden aumentar la eficacia de un sistema de aireación y reducir sus costes de varias maneras. Pueden cambiar o mejorar el tipo de equipo que utilizan. Pueden personalizar sus sistemas de aireación para que se ajusten con precisión al tamaño de la planta y a sus objetivos de tratamiento. Pueden hacer uso de sistemas de supervisión para obtener información del sistema en tiempo real con un clic del ratón y tomar decisiones informadas sobre el mantenimiento periódico o abordar problemas emergentes.

A continuación expondremos con más detalle algunas soluciones para reducir el consumo de energía.

Considere un sistema de aireación de alta densidad/bajo flujo

Existen difusores de membrana diseñados para funcionar con caudales de aire muy bajos. La ventaja de utilizar este tipo de sistema de aireación incluye una OTE muy elevada y una distribución uniforme del oxígeno por todo el tanque. La principal desventaja es el elevado coste de capital. SSI ha trabajado para reducir el coste de capital; eche un vistazo a nuestros modelos ECD215a y ECT70.

Utilice un sistema de aireación del tamaño adecuado

El dimensionamiento adecuado es importante en el diseño de aireadores de superficie eficientes para el tratamiento de aguas residuales. El uso de más difusores distribuye el oxígeno de forma más uniforme por todo el tanque y aumenta la eficacia. Utilizar menos difusores reduce la eficacia y aumenta los costes.

Utilizar soplantes del tamaño correcto

Las soplantes de un sistema de aireación deben ser lo suficientemente grandes para que el sistema pueda funcionar a plena potencia sin dañar los difusores. Lo ideal es que el sistema tenga una relación de reducción de 5:1 como mínimo. Para aumentar la reducción, una planta puede sustituir un soplante grande por uno o varios más pequeños, utilizar variadores de frecuencia (VFD) o estrangular la entrada para modificar el caudal de aire de los soplantes existentes. La ciudad de Waukesha (Wisconsin), por ejemplo, redujo su consumo de energía en 1.000.000 kWh/año cambiando a soplantes más pequeños. El cambio supuso una reducción del 9% del consumo eléctrico y un ahorro anual de 65.000 dólares en costes de energía.

Evitar el exceso de aireación

Un exceso de aireación aumenta el oxígeno disuelto (OD). Aunque el oxígeno disuelto en las aguas residuales es crucial para una aireación eficaz, los niveles de OD cercanos a la saturación reducen la OTE y contribuyen a una deficiente sedimentación de los fangos.

Invierta en turboventiladores de alta velocidad

Estas soplantes sin engranajes funcionan a mayor velocidad y requieren menos energía que las soplantes estándar. Los turboventiladores con cojinetes de aire crean una película de aire entre el eje y los cojinetes para un funcionamiento casi sin fricción. Los turboventiladores de cojinete magnético contienen un eje que se controla magnéticamente para reducir la fricción. Ambas son entre un 10 y un 20% más eficientes que las soplantes estándar.

Utilizar sistemas de vigilancia

Los sistemas de monitorización son vitales para vigilar los sistemas de tratamiento de aguas residuales Sistemas de tratamiento de aguas residuales industriales y comerciales , asegurarse de que funcionan eficazmente y detectar posibles problemas antes de que se conviertan en problemas mayores. Permiten a los jefes de planta y al personal realizar menos inspecciones físicas, en lugar de comprobar los sistemas electrónicamente. Saber calcular la eficiencia de los aireadores basándose en la información sobre OTE y potencia obtenida de los sistemas de monitorización ayuda a mantener la planta funcionando al máximo nivel.

Para aumentar la OD en las aguas residuales y permitir una aireación más eficaz, es útil tener en cuenta los siguientes factores:

• Mejorar la mezcla: Aunque la aireación de burbuja fina es excepcionalmente eficaz y rentable, un inconveniente de los difusores de burbuja fina es que las burbujas más pequeñas proporcionan una mezcla menos eficaz que los difusores de burbuja gruesa o la aireación mecánica. Si la mezcla potente y las altas concentraciones de OD son una prioridad, la aireación de burbuja fina por sí sola puede no ser suficiente.
• Utilice difusores de burbujas gruesas o aireación mecánica de superficie: La aireación de burbuja gruesa permite una mezcla sustancial. Las burbujas más grandes producidas por los difusores de burbuja gruesa tienen más volumen, desplazan más líquido residual y, en consecuencia, proporcionan más potencia de mezcla. Los biosólidos se mantienen en suspensión y es menos probable que formen lodos no deseados. La mezcla eficaz de los difusores de burbujas gruesas facilita la descomposición de los residuos orgánicos gracias a su potente combinación de oxígeno, bacterias y material de desecho. Los aireadores de superficie agitan las aguas residuales para conseguir una mezcla de gran potencia. Estos métodos pueden combinarse con una aireación de burbujas finas más eficaz.
• Aumentar OTR: Aumentar la tasa de transferencia de oxígeno (OTR) incrementa la concentración de oxígeno disuelto en la columna de agua. Invierta en membranas con revestimiento de PTFE o fEPDM para repeler la formación de lodos y depósitos, minimizar las incrustaciones y mantener el funcionamiento eficaz de los difusores para mejorar la transferencia y la concentración de oxígeno.

Los responsables de las plantas pueden supervisar la eficiencia de sus depuradoras utilizando algunas herramientas gratuitas:

• El gestor de carteras ENERGY STAR de la EPA: Esta herramienta permite a los usuarios hacer un seguimiento del consumo de energía y compararlo con el consumo energético y la eficiencia de plantas de tamaño similar. Puede ayudar a detectar áreas problemáticas de elevado consumo energético.
• MotorMaster+: Este sistema ayuda a gestionar motores y soplantes. Los usuarios pueden gestionar el inventario, registrar el mantenimiento, hacer un seguimiento del consumo de energía y evaluar la eficiencia.
• La herramienta de evaluación de sistemas de bombeo (PSAT) del Departamento de Energía: Esta herramienta del DOE ayuda a los gestores de las plantas a determinar la eficiencia de los sistemas de bombeo existentes. También puede ayudar a averiguar qué posibles mejoras aportarían en términos de ahorro de energía y costes. [EPA 20]

Las plantas de tratamiento de aguas residuales pueden supervisar el funcionamiento de sus instalaciones mediante estos sofisticados sistemas:

Telemetría

Los sistemas de telemetría implican la transferencia inalámbrica de datos por radio o, a veces, por redes informáticas. Los operarios de la planta pueden supervisar la depuradora desde cualquier lugar y en cualquier momento, siempre que tengan acceso a Internet. Pueden programar el mantenimiento, vigilar cualquier novedad y observar los puntos problemáticos antes de que se conviertan en grandes problemas. Los sistemas de telemetría a distancia controlan la temperatura, las vibraciones, la humedad, el vuelco de las tuberías y la presión. Los operadores pueden utilizar cámaras para ver el interior de las rejillas y seguir los patrones de burbujas de la superficie. El sencillo panel de control en línea facilita la búsqueda de problemas y la programación del mantenimiento.

Control de supervisión y adquisición de datos (SCADA)

El software SCADA es una arquitectura de sistemas de control que utiliza ordenadores y datos de red para operaciones de control y supervisión de alto nivel. Las unidades terminales remotas (RTU) utilizan un sistema de telemetría para permitir que los sistemas físicos de supervisión de la planta se comuniquen con la red informática. Los controladores lógicos programables (PLC) pueden configurarse en la planta para controlar una determinada variable, como el caudal de aire. A continuación, los operarios pueden utilizar el sistema SCADA para modificar esos puntos de consigna. El sistema SCADA utiliza pantallas de diagnóstico fáciles de usar para mostrar y registrar los datos del sistema y activar alarmas si es necesario.

¿Cuáles son los tipos de sistemas de aireación de aguas residuales? Existen varias opciones de aireadores. Cuáles utilice una planta dependerá de sus objetivos específicos de tratamiento.

Aireadores mecánicos/de superficie

Los aireadores mecánicos de superficie agitan las aguas residuales y producen aerosoles de gotas justo por encima de la superficie de las aguas residuales. Esta acción de agitación crea una gran superficie para que el oxígeno se transfiera desde el aire a través de las gotas de líquido. La aireación también se produce cuando el equipo mecánico introduce oxígeno en las aguas residuales. El nivel más alto de oxígeno disuelto se encuentra más cerca de la superficie y del equipo de aireación. Especialmente en los modelos más antiguos, el equipo de aireación también se encarga de la mezcla. Estos aireadores son más fáciles de instalar sobre las aguas residuales y pueden instalarse como una sola unidad.

No son adecuados para tanques profundos, ya que el oxígeno que se agita en la superficie no puede llegar al fondo de los tanques profundos. También tienen una menor eficacia de aireación. Permiten la formación de aerosoles malolientes en la parte superior del líquido, pueden helarse con las bajas temperaturas y sus piezas mecánicas giratorias requieren un mantenimiento elevado.

Aireadores de burbuja fina

Las ventajas de los aireadores de burbujas finas difusores de disco de burbuja fina de 9 incluyen hasta el doble de eficacia de la aireación mecánica, mayor capacidad de mezcla que la aireación de superficie, alta transferencia de oxígeno, poco olor porque no hay agitación del equipo en la superficie y bajo mantenimiento. Tienen un coste de instalación más elevado que los aireadores de superficie debido a la complejidad del sistema, pero incurren en menos gastos de mantenimiento. Al estar sumergidos, no se hielan con las bajas temperaturas. Contribuyen a un entorno de trabajo más seguro porque los equipos de mantenimiento no tienen que trabajar por encima del agua. Los difusores de burbujas finas tienen distintos diámetros.

Aireadores de burbujas ultrafinas

Estos aireadores, cuyas burbujas suelen ser de entre 0,2 y 1 mm, ofrecen una eficacia superior. Con estos modelos, sin embargo, preocupa la lentitud de las burbujas y la mezcla inadecuada.

Aireadores de burbujas gruesas

Las burbujas más grandes producidas por estos aireadores proporcionan menos eficacia que los aireadores de burbuja fina. Sin embargo, proporcionan una mezcla superior y son más adecuados para tanques profundos que los aireadores de burbuja fina debido a su poder de mezcla.

La aireación difusa proporciona la mejor eficacia, combinando productos de alta calidad con una gran durabilidad y precios asequibles. El diseño tecnológicamente avanzado del producto proporciona un valor óptimo, y la alta durabilidad significa que los difusores seguirán funcionando como nuevos, proporcionando una transferencia óptima de oxígeno. Los sistemas de aireación difusa están diseñados para sistemas municipales e industriales de todo el mundo.

Las membranas encapsuladas selladas con protectores de última generación como el PTFE patentado ayudan a que las membranas del difusor se ensucien y duren más. Muchas plantas se conforman con 5 a 7 años de vida de la membrana, pero es posible conseguir 10 años o más. SSI comprueba que cada membrana tenga una profundidad de perforación uniforme para garantizar la uniformidad de las burbujas y ofrece una gama de opciones de revestimiento patentadas, como revestimiento de PTFE, antiestático EPDM y PEEK.

Reduzca los costes energéticos de la planta de tratamiento con la aireación SSI

SSI Aeration ofrece difusores de disco y difusores de tubo para una gran variedad de usos municipales e industriales. Algunas de las muchas ventajas de utilizar difusores SSI son las siguientes:

• Tecnología punta y calidad. Esto se traduce en una alta eficiencia, bajos costes de mantenimiento y una larga vida útil, lo que significa que las instalaciones de tratamiento de aguas residuales pueden cumplir fácilmente los requisitos de efluentes.
• La mayor eficacia posible en la transferencia de oxígeno con una pérdida de carga aceptable.
• Tuberías un 38% más gruesas que las de la competencia para una máxima durabilidad.
• Instalación rápida y sencilla con una montura, un ojal o una montura "Snappy Saddle" de una sola persona para facilitar la jornada laboral.
• La opción de diseño en molde único, que permite reducir el precio por difusor.
• Suficiente plastificante para evitar la fluencia, pero no tanto como para que el plastificante se filtre y provoque contracción y endurecimiento.
• Un experimentado departamento de diseño e ingeniería con capacidades de 3D, CAD y animación. El personal está preparado para ayudar a los operarios de las plantas con el diseño, la instalación y el servicio.
• Sistemas de purga de humedad para eliminar la condensación del sistema de tuberías. La eliminación de la condensación ayuda a garantizar una distribución uniforme del aire a todos los difusores de la rejilla.
• La opción de instalar un sistema completo de difusores de disco de forma rápida y sencilla como una vaina.
• Sistemas opcionales de control de la presión para ayudar a determinar los tiempos óptimos de limpieza y facilitar el mantenimiento.
• Sistemas opcionales de dosificación de ácido, que son beneficiosos para determinados tipos de sistemas de aguas residuales propensos a incrustaciones importantes. Ayudan a eliminar la acumulación en el interior de los poros de las membranas para que éstas sigan funcionando eficazmente.
• Sistemas de aireación recuperables opcionales que las plantas pueden instalar y limpiar sin tener que vaciar todo el depósito.