CONCEPTOS SOBRE AIREACION.

LAS DOS FUNCIONES FUNDAMENTALES En el contexto de tratamiento biolgico de efluentes, todos los aireadores

[mecnicos]de superficie estn diseados para realizar o cumplir por lo menos

dos funciones: 1. bombear lquido (relativamente hablando, cuanto ms caudal mejor) 2. suministrar oxgeno fragmentando (shearing) la masa de lquido bombeado en gotas de

manera que estas ltimas, en su trayectoria en la atmsfera, incorporen oxgeno que

integrarn al volver al seno de la masa acuosa de las lagunas o tanques.

Es importante remarcar que los distintos tipos de aireadores no presentan el mismo comportamiento tanto en contextos distintos como en cambios en las

condiciones de proceso, e.g. nivel de agua.

La observacin del punto 2. es fundamental para comprender porqu cierto tipo

de aireadores mecnicos flotantes, aparentemente ms eficientes, no lo son

tales. Si comparamos aireadores de acople directo o alta velocidad (e.g. 4 6 polos, a 1500 965 rpm) con aireadores con elemento reductor o baja velocidad (e.g. 13.5 30 rpm por tomar algn valor ilustrativo), podemos ver que los aireadores de alta velocidad impulsan en muchos casos caudales de lquido

menores y poco abiertos en cuanto a generacin de gotas, esto es, groseramente, bombean lquido pero no lo separan lo suficiente, lo cual tampoco

permite incorporar oxgeno en el tiempo de la trayectoria. Muchos aireadores de

baja velocidad estn diseados cuidadosamente para maximizar la captacin de

oxgeno en vuelo y as lograr tasas de incorporacin de oxgeno mayores, e.g. 20 25%. VALORES DE TRANSFERENCIA "CLSICOS" En un contexto de literatura y opiniones frecuentemente conflictiva ya legendario, de acuerdo a nuestros archivos, estimamos rangos de valores

nominales para diseos orden de magnitud, por ejemplo:

a. 2.3 2.5 lbO2/hr por HP para aireadores mecnicos con acople directo

b. 3.125 lbO2/hr por HP para aireadores mecnicos con reduccin

c. 1 lbO2/hr por HP para aireadores denominados de aspiracin, salvo modelos especiales

Debe tenerse en cuenta que estos valores indican el posible comportamiento en

condiciones ideales o standard, por lo cual el profesional responsable, adems de estimar el rendimiento en condiciones de campo (en muchos casos AOR/SOR

bastante desfavorables) debera disear derrateando cualquier valor nominal un 5, un 10 o un 15% para minimizar situaciones no previstas o tener en cada paso

un saludable, pequeo mrgen de seguridad en cada proceso unitario

involucrado.

LAS OTRAS TRES FUNCIONES FUNDAMENTALES Un aspecto frecuentemente ignorado (lamentablemente demasiado frecuente), tanto en muchas de las plantas que hemos analizado as como tambin en la

literatura tcnica (deberamos decir mejor tal vez semitcnica), es que para realmente cumplir su misin, los aireadores deben cumplir por lo menos otras tres cosas ms:

1. garantizar la distribucin uniforme de oxgeno en todo el volmen en cuestin, lo que identificaramos como la dispersin, esto es, saber que a cada rincn del tanque le llegue su porcin de oxgeno (una buena/uniforme distribucin);

2. un buen grado de mezcla entre los distintos constitutivos de lo que hay en la laguna: biomasa, oxgeno, nutrientes, e.g. N, P, esenciales para que acontezca el proceso biolgico;

si no estn en contacto poco proceso puede haber;

3. en ciertas condiciones, absolutamente NO permitir la decantacin en el recipiente aireado de ningn tipo de slido suspendido, incluyendo fundamentalmente la masa trabajadora (la biomasa)!

DENSIDAD DE POTENCIA Y RGIMEN DE OPERACIN Para tener una idea de la gravedad del problema, si para cumplir con el punto 1.

frecuentemente se especifica densidad de potencia del orden de simplemente 8

HP de aireador por aproximadamente 4,000 m3 de tanque o laguna (ms

exactamente 8 HP por 1 mg = 3785 m3), para cumplir con los otros puntos se

especifica densidad de potencia fcilmente un orden de magnitud ms, e.g. 70 -

100 HP por cada 4,000 m3 de tanque o laguna. En nuestro pequeo censo de

plantas con problemas se destaca notoriamente este tipo de distraccin que se manifiesta con inequvoca evidencia en por ejemplo antes de cumplirse un ao

desde la inauguracin de la planta de tratamiento. Existen recomendaciones

especficas, tanto en la literatura como en especialistas en aireacin, para recurrir

incluso a densidades de potencia mayores, e.g. 150 HP y ms por 1 mg. Tanto

por el tipo de industria, como por la aplicacin involucrada (e.g. bioremediacin

en fase lquida), el dimensionamiento correcto del punto 5. debe ser evaluado o al

menos reconocido como presente, ausente o semi-semi. Nota: una densidad de 70 HP por 3785 m3 se considera light aunque Ud. no lo crea!

Para poder tener uniformidad de criterios nuestra definicin recomendada de

mezcla completa involucra que la concentracin de slidos suspendidos no vare ms all de un 10%, por exceso o por defecto, de la concentracin media en

cualquier punto del tanque o laguna y que NO ocurra un significativo depsito o

decantacin en el fondo dicho reactor.

En cuanto a densidad de potencia tambin es importante comentar que en

procesos unitarios como ecualizadores (o tanque de homogeneizacin) o lagunas

de pulimiento, donde habitualmente slo se requiere una adecuada dispersin de

oxgeno, podemos pensar en densidades entre 5 y 20 HP por cada 3785 m3 de

tanque.

En el caso de lagunas en serie o lagunas aireadas de tipo facultativo, i.e. slo

instalado el BHP necesario para oxidacin y niveles de turbulencia para una

dispersin de oxgeno satisfactoria, las pautas pueden oscilar entre 15 y 20 HP

por 1 mg de tanque. En el caso de tres o cuatro lagunas en serie pueden

adoptarse distintos criterios, e.g. ms intensidad en la primera celda,

proporcionalidad a la remocin prevista, zig-zag, valor mnimo por mg, e.g. 30 HP per 1 mg. OTRA MANERA DE DECIR LO MISMO Probablemente una mejor manera de distribuir las unidades de aireacin

mecnica sea utilizando lo que podramos decir frmulas de alcance o influencia de estos equipos. As podemos presentar las siguientes formulaciones, cuyos coeficientes dependen de cada equipo, a efectos de

racionalizar un diseo dado:

1. dimetro estimado de la zona de mantenimiento de mezcla completa (+/- 10%):

dcm = 6.8744 * (HP ^ 0.4125)

2. dimetro estimado de la zona de dispersin de oxgeno adecuado

dod = a * (HP ^ b)

3. profundidad de agua "asociada" en funcin de potencia de la unidad

swd = a * (HP ^ b)

Si bien en definitiva estos valores dependen de cada fabricante y modelo,

tpicamente el dimetro de la zona de dispersin uniforme de oxgeno es

digamos, aproximadamente tres veces el dimetro de la zona de mantenimiento

de condiciones de mezcla completa, y en todos los casos el proyectista

responsable tomar sus mrgenes de seguridad de estos valores obtenidos en

condiciones ideales. En cuanto a la profundidad de operacin ptima, para aireadores mecnicos tericamente cualquier profundidad es posible. Sin

embargo, en forma prctica deberemos recordar lo siguiente:

a. es evidente que todo aireador tiene un valor mximo o lmite en cuanto a hasta

cuan profundo puede tomar o extraer lquido; si la profundidad de nuestro diseo

es excesiva es obvio que habr zonas a las cuales el aireador no acceder y por lo tanto del punto de vista de mezcla o productividad habr zonas ociosas, si

estamos considerando un diseo de mezcla completa, i.e. lodos activados con

retorno (nota: esto puede ser intencional en diseos de secuencias de lagunas de

mezcla parcial o facultativas); para el caso de que, por las razones que sean, deba

trabajarse con profundidades mayores a la capacidad de la unidad en cuestin,

algunos fabricantes ofrecen tubos de succin o unidades auxiliares instaladas ms

abajo;

b. en el caso de reactores de poca profundidad puede haber restriccin en la

capacidad de bombeo as como graves instancias de erosin de fondo.

CONFIGURACIONES MS FRECUENTES: EJEMPLO ILUSTRATIVO Exclusivamente a efectos de visualizar posibles contextos de operacin

preliminares de aireadores mecnicos en dos configuraciones clsicas (a. sucesin o serie de lagunas aireadas de mezcla parcial y b.plantas compacta o planta de lodos activados) se incluyen los archivos ejemplo1.pdf y ejemplo2.pdf.

Bsicamente las especificaciones requieren procesar 1600 m3/da de una pequea

industria lctea, con una DBO5 cercana a 300 mg/L, TKN supuesto 34 mg/L en

ausencia de datos. La alternativa de lagunas se plantea resolver con tres celdas

facultativas (mezcla parcial) y aireadas en forma proporcional a la remocin

prevista. Del punto de vista de proceso se toma un f/m muy bajo pues el

proyecto podra NO incluir pretratamiento mediante DAF lo cual duplicara la DBO5 de entrada, y en un futuro podra requerir nitrificacin. El

particionamiento del sistema, que muestra solamente las dos primeras lagunas,

probadamente mejora el rendimiento del sistema total. Se incluye asimismo

distintos valores de AOR/SOR para tener una mejor apreciacin de la capacidad

a instalar. En forma similar, para tener una mejor perspectiva en cuanto a

alternativas, se presentan valores de HP para mezcla en distintos niveles de

densidad de potencia, y se incluyen estimativos para aireadores de alta velocidad,

baja velocidad y aireacin difusa de referencia. Si bien el diseo no incluye

retorno de lodos, cualquier mecanismo de particionado y/o retorno de biomasa es

de recomendacin inequvoca, a efectos de reducir prdidas o arrastre de biomasa

(washed out) por ejemplo en instancias de excesiva precipitacin. El diseo 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 ilustracin, se incluye dimensionamiento preliminar empleando

aireadores de alta y baja velocidad as como un sistema de aireacin difusa de

referencia. Se calcula asimismo un clarificador secundario con una tasa

hidrulica (300 gpd/sq.ft.) y decantacin conservadora (0.7% SS en lodo) y su correspondiente tasa de recirculado segn distintas edades de lodo. Sin incluir el

dimensionamiento del espesador (gravedad o mesa espesadora), se estima

generacin de lodos a deshidratar con pautas establecidas como razonables para

efluentes municipales.

REFERENCIA: http://www.engineeringfundamentals.net/Aireadores/aplicacione

s.htm