Principios, clasificación, cálculo del volumen de aire y análisis del diseño de sistemas de aireación
Principios, clasificación, cálculo del volumen de aire y análisis del diseño de sistemas de aireación
1. Descripción general de los principios de aireación
La aireación es un componente esencial en el tratamiento de aguas residuales, diseñado para introducir aire u oxígeno puro en los tanques de reacción biológica. Este proceso aumenta la concentración de oxígeno disuelto (OD), promoviendo el crecimiento y la actividad metabólica de los microorganismos aeróbicos, degradando así eficazmente la materia orgánica y otros contaminantes presentes en las aguas residuales. Al mejorar la tasa de transferencia de oxígeno en el agua, la aireación acelera las reacciones de oxidación biológica, siendo un proceso fundamental en tecnologías como el método de lodos activados y el tratamiento de biopelículas.
2. Clasificación de las tecnologías de aireación
Según los principios y métodos de funcionamiento, las tecnologías de aireación se clasifican principalmente en:
Aireación mecánica: utiliza dispositivos mecánicos (por ejemplo, aireadores, impulsores) para crear una agitación vigorosa del agua, aumentando la superficie de contacto gas-líquido y mejorando la eficiencia de la transferencia de oxígeno.
Aireación con sopladores: comprime el aire mediante sopladores y lo envía a tanques de aireación mediante dispositivos de difusión (por ejemplo, difusores de burbujas finas, tuberías perforadas), formando pequeñas burbujas que mejoran la eficiencia del DO.
Aireación con oxígeno puro: emplea oxígeno puro como fuente de gas, combinado con dispositivos de difusión especializados, lo que aumenta significativamente la transferencia de oxígeno y la eficiencia del tratamiento, aunque a un costo mayor.
Aireación superficial: Utiliza aireadores superficiales para rotar o agitar el agua, formando saltos y zonas de baja presión en la superficie para absorber el aire y dispersarlo. Este método es adecuado para pequeñas plantas de tratamiento de aguas residuales.
3. Fundamentos del cálculo del volumen de aire
El cálculo preciso del volumen de aire es crucial para el diseño del sistema de aireación, considerando el volumen de tratamiento, las características de la calidad del agua, la concentración objetivo de oxígeno disuelto (OD) y la eficiencia de la aireación. La fórmula básica es:
[ Q{aire} = \frac{Q{agua} \veces DBO \veces \alfa \veces 1,43}{C{e} \veces E{a}} ]
Dónde:
· QairQ_{air}Qair: Volumen de aire requerido (m³/h)
· QwaterQ_{water}Qwater: Volumen de tratamiento (m³/h)
· DBO: Demanda Bioquímica de Oxígeno (mg/L)
· α\alphaα: Coeficiente de utilización de oxígeno
· 1.43: Equivalente de oxidación de oxígeno a carbono
· CeC_eCe: Concentración de DO de salida (mg/L)
· EaE_aEa: Eficiencia de aireación (kg O₂/m³ aire)
4. Requisitos de volumen de aire
Los requisitos prácticos de volumen de aire deben tener en cuenta las variaciones estacionales, las fluctuaciones en la calidad del agua y el envejecimiento del equipo. Normalmente, se añade un factor de seguridad a los cálculos teóricos. También se realizan ajustes según el tipo de tanque (p. ej., de flujo pistón, completamente mezclado) y el equipo de aireación utilizado.
5. Configuración de parámetros de diseño
Los parámetros clave de diseño incluyen las dimensiones del tanque, la forma, la profundidad del agua, la concentración de sólidos suspendidos en licores mixtos (MLSS), la edad del lodo y la tasa de recirculación del lodo. Un ajuste adecuado de los parámetros optimiza la eficiencia de la aireación y el rendimiento general del tratamiento.
6. Análisis de selección del aireador
La selección de un aireador implica considerar factores como la eficiencia de transferencia de oxígeno, la pérdida de resistencia, la durabilidad y el coste de mantenimiento. Por ejemplo, los difusores de burbuja fina se utilizan ampliamente en grandes plantas de tratamiento de aguas residuales debido a su eficiencia, bajo nivel de ruido y facilidad de mantenimiento.
7. Disposición y disposición del sistema
La distribución del sistema debe garantizar una distribución uniforme del flujo de aire, evitando zonas muertas y cortocircuitos. En tanques de aireación de gran tamaño, se pueden emplear estrategias de aireación por zonas para mejorar la eficiencia y la flexibilidad.
8. Evaluación del consumo y la eficiencia energética
El consumo energético de aireación constituye una parte significativa de los costos operativos del tratamiento de aguas residuales. Durante la fase de diseño, se deben priorizar los equipos de aireación energéticamente eficientes y las estrategias de control optimizadas. Tras la operación, es fundamental realizar evaluaciones periódicas del consumo energético y la eficiencia del sistema. El análisis de datos permite identificar cuellos de botella energéticos y orientar las medidas para reducir el consumo y mejorar el rendimiento del sistema.
