En el tratamiento de aguas residuales,PSAyVPSAAmbos sistemas de oxígeno utilizan adsorción por tamiz molecular para separar el oxígeno del aire, pero sus ciclos de presión, equipos de suministro de aire, métodos de regeneración e integración posterior son diferentes.
PSAutiliza aire comprimido para la adsorción presurizada y normalmente depende de la despresurización para la regeneración.VPSAutiliza un soplador para suministrar aire a una presión más baja y utiliza una bomba de vacío para ayudar a la desorción. Estas diferencias afectan la presión de salida de oxígeno, el consumo de energía, la configuración del equipo, los requisitos de instalación y la compatibilidad con los sistemas de aireación.
Para las plantas de tratamiento de aguas residuales, la selección debe basarse en la demanda de oxígeno, la profundidad del tanque de aireación, la presión del difusor, las horas de funcionamiento, el espacio de instalación, los servicios públicos disponibles y la presión de suministro de oxígeno requerida.
Tecnología de oxígeno PSA en el tratamiento de aguas residuales
A PSAEl generador de oxígeno normalmente combina un compresor de aire, equipo de purificación de aire, recipientes de adsorción, válvulas de conmutación, equipo amortiguador de oxígeno, sensores y un sistema de control automático.
El proceso se puede dividir en varias etapas:
- El aire atmosférico está comprimido.
- Los filtros y equipos de secado eliminan los contaminantes y la humedad.
- El aire comprimido tratado ingresa al lecho del tamiz molecular.
- El nitrógeno se adsorbe preferentemente.
- El gas enriquecido con oxígeno sale del recipiente de adsorción.
The saturated bed is depressurized for regeneration.
El sistema de control cambia la ruta del gas entre los recipientes de adsorción.
Los recipientes de adsorción funcionan cíclicamente, por lo que un recipiente puede producir oxígeno mientras otro se regenera. Esta disposición proporciona una corriente continua de oxígeno para los equipos posteriores.
En el tratamiento de aguas residuales,PSAEl oxígeno se puede conectar a tuberías de oxígeno, difusores, sistemas de oxigenación u otros equipos de transferencia de gases. La presión de salida requerida debe compararse con la profundidad de inmersión del difusor, la pérdida de presión de la tubería, las válvulas y otras resistencias aguas abajo.
La información sobre oxígeno PSA publicada por NEWTEK enumera la producción de oxígeno de1 a 300 Nm³/h, pureza del oxígeno de93% ±3%y la presión de oxígeno de0,01–0,5 MPa, dependiendo de la configuración del sistema.
Tecnología de Oxígeno VPSA en el Tratamiento de Aguas Residuales
VPSAUtiliza el mismo principio básico de adsorción pero cambia el ciclo de presión y la disposición del suministro de aire.
un tipicoVPSAEl sistema contiene:
- soplador de aire
- Equipos de filtración de aire.
- Recipientes de adsorción
- bomba de vacío
- Válvulas de conmutación
- Equipo tampón de oxígeno
- Sensores de presión y vacío.
- Sistema de control automático
El proceso operativo generalmente sigue esta secuencia:
El soplador suministra aire atmosférico al recipiente de adsorción.
El nitrógeno es absorbido por el tamiz molecular.
El gas enriquecido con oxígeno abandona el lecho de adsorción.
El recipiente de adsorción está despresurizado.
Una bomba de vacío reduce aún más la presión del lecho.
El nitrógeno adsorbido se elimina del tamiz molecular.
El lecho vuelve a la etapa de adsorción.
Por lo tanto, la principal diferencia con el PSA no es el tamiz molecular en sí, sino la forma en que se crea y elimina la presión durante el ciclo de adsorción-regeneración.
PorqueVPSAnormalmente funciona con una presión de suministro de oxígeno más baja, el sistema de distribución de oxígeno aguas abajo debe diseñarse en consecuencia.
PSA vs VPSA: principales diferencias de ingeniería
| Parámetro | PSA Oxígeno | VPSA Oxígeno |
|---|---|---|
| Equipo de alimentación de aire | Compresor de aire | soplador de aire |
| Condición de adsorción | Presurizado | Presión relativamente baja |
| Método de regeneración | Despresurización/desorción | Desorción asistida por vacío |
| bomba de vacío | Normalmente no es necesario | Requerido |
| Presión de salida de oxígeno | Generalmente adecuado para distribución de alta presión. | Generalmente adecuado para entrega a baja presión. |
| Equipo principal que consume energía. | Compresor | Soplador y bomba de vacío |
| Cuestión clave de diseño | Presión y tratamiento del aire comprimido. | Dimensionamiento del soplador/aspiradora y suministro de oxígeno a baja presión |
| Requisito posterior | Puede acomodar la distribución de oxígeno presurizado | Requiere un sistema de oxígeno de baja presión compatible |
La comparación no debe basarse únicamente en la pureza del oxígeno o la capacidad del generador. La relación de presión entre el generador y el equipo de aireación es igualmente importante.
La demanda de oxígeno es un factor de selección importante
Las plantas de tratamiento de aguas residuales normalmente calculan la demanda de oxígeno a partir de la carga biológica, los requisitos de oxidación de amoníaco, los objetivos de oxígeno disuelto, la temperatura del agua, las características de las aguas residuales y las condiciones operativas del reactor biológico.
Por ejemplo, un proceso de lodos activados puede requerir una transferencia continua de oxígeno a un depósito de aireación. Por lo tanto, el sistema de generación de oxígeno debe dimensionarse de acuerdo con el flujo másico de oxígeno requerido en lugar de simplemente seleccionar un generador en función de su flujo de gas nominal.
Una planta de tratamiento más grande puede requerir varios módulos de generación de oxígeno funcionando en paralelo. Esto permite que el sistema combine la producción de oxígeno con variaciones en la carga biológica, el volumen estacional de aguas residuales o cambios en la demanda de aireación.
Para instalaciones pequeñas o medianas,PSApuede proporcionar una configuración más sencilla cuando también se requiere presión de oxígeno. Para aplicaciones de gran flujo donde el oxígeno a baja presión se puede conectar directamente a un sistema de aireación, VPSA se convierte en una alternativa importante para la evaluación de ingeniería.
La presión del oxígeno afecta el diseño del sistema de aireación
El oxígeno debe superar la presión generada por el sistema de tratamiento de aguas residuales antes de poder pasar a través del difusor e ingresar al agua.
Para un difusor sumergido, la presión de gas requerida se ve afectada por:
- Profundidad del agua
- Presión de funcionamiento del difusor
- Longitud de la tubería
- Diámetro de la tubería
- Válvulas y accesorios
- Caudal de gas
Pérdida de presión a través del difusor.
Un depósito de aireación más profundo generalmente requiere una presión de gas más alta en la entrada del difusor.
Esta es una diferencia importante al comparar PSA y VPSA. El PSA puede proporcionar oxígeno a una presión adecuada para la distribución presurizada, mientras que el VPSA generalmente opera con una presión de salida de oxígeno más baja.
Por ejemplo, si el generador de oxígeno está ubicado lejos de un tanque de aireación profundo, se debe calcular la pérdida de presión de la tubería y la presión del difusor antes de seleccionar un sistema de oxígeno de baja presión.
Calidad del aire comprimido y protección del tamiz molecular
Ambos sistemas dependen de la adsorción por tamiz molecular, por lo que el tratamiento del aire de alimentación afecta directamente a los lechos de adsorción.
El aceite, el agua líquida, la contaminación por partículas y la humedad excesiva pueden dañar o contaminar el material del tamiz molecular y aumentar la caída de presión a través del lecho de adsorción. Por lo tanto, la sección de tratamiento de aire normalmente incluye equipos de filtración, separación de humedad y secado apropiados para la configuración del generador.
Los sistemas PSA normalmente ponen mayor énfasis en la calidad del aire comprimido porque el aire atmosférico pasa primero a través del compresor antes de ingresar a los recipientes de adsorción. Se debe controlar la temperatura de descarga del compresor, el arrastre de aceite, el contenido de humedad, el estado del filtro y el rendimiento del secador.
Los sistemas VPSA utilizan un suministro de aire mediante soplador, pero esto no elimina la necesidad de un tratamiento del aire de alimentación. La filtración de polvo y el control de la humedad siguen siendo importantes porque los contaminantes pueden ingresar a los lechos de los tamices moleculares y afectar la capacidad de adsorción.
Para ambas tecnologías, el reemplazo del tamiz molecular debe considerarse como un elemento de mantenimiento en lugar de un componente de vida indefinida.
El consumo de energía tiene diferentes fuentes
La carga eléctrica de PSA yVPSAproviene principalmente de diferentes equipos.
La carga eléctrica principal normalmente proviene del compresor de aire. Su requerimiento de energía depende de:
- Presión de aire comprimido requerida
- flujo de aire
- Eficiencia del compresor
- Horas de funcionamiento
- Secadora y equipos auxiliares
VPSA normalmente distribuye su carga eléctrica principal entre el soplador de aire y la bomba de vacío. Sus requisitos dependen de:
- flujo de aire
- Presión de adsorción
- Nivel de vacío
- Capacidad de la bomba de vacío
- tiempo de ciclo
- Pérdidas de presión en tuberías y equipos.
Para adquisiciones, la comparación útil esConsumo de energía específico por unidad de oxígeno producido., en lugar de comparar únicamente la potencia nominal del compresor y del soplador.
La comparación también debe utilizar el mismo flujo de oxígeno, pureza, horas de funcionamiento y condiciones de presión de salida.
Integración con equipos de aireación de aguas residuales
El generador de oxígeno es sólo una parte del sistema de transferencia de oxígeno.
Una instalación completa puede incluir:
- Generador de oxígeno
- Tanque de compensación de oxígeno
- Tubería de distribución
- Válvulas de control de flujo
- Sensores de presión
- Sensores de concentración de oxígeno
- Sensores de oxígeno disuelto
- Equipos de burbuja fina u otros equipos de transferencia de oxígeno.
- Interfaz PLC/SCADA
Para PSA, el amortiguador de oxígeno puede reducir el efecto del ciclo del generador en el suministro de oxígeno aguas abajo. Los sensores de presión pueden monitorear la línea de distribución, mientras que los sensores de oxígeno pueden monitorear la concentración del gas producto.
VPSA también se puede integrar con almacenamiento de oxígeno y control automático, pero la tubería de oxígeno y el equipo de control de presión aguas abajo deben diseñarse teniendo en cuenta su presión de suministro más baja.
Cuando los sensores de oxígeno disuelto están conectados al sistema de control de la planta, la generación de oxígeno se puede ajustar de acuerdo con las condiciones reales del reactor en lugar de operar continuamente a una salida fija.
Diferencias de mantenimiento
El mantenimiento de PSA está fuertemente asociado con el lado del aire comprimido. Los puntos de inspección típicos incluyen el estado del aceite del compresor, filtros de aire, secadores, válvulas, sensores de presión, sensores de oxígeno y rendimiento del tamiz molecular.
El mantenimiento de VPSA desplaza parte del enfoque del equipo hacia el sistema de soplado y vacío. El estado de la bomba de vacío, los sellos, los filtros, las válvulas, la presión de vacío y el comportamiento de la presión del lecho de adsorción necesitan una inspección periódica.
Para ambos sistemas, una caída anormal de presión, un tiempo de ciclo más largo, una pureza de oxígeno reducida, un flujo de oxígeno inestable y un mayor consumo de energía pueden indicar problemas en el sistema de tratamiento de aire, válvulas de conmutación, tamiz molecular, sensores o secuencia de control.
Por lo tanto, un plan de mantenimiento debe monitorear los datos operativos en lugar de depender únicamente del reemplazo programado de componentes.
¿Qué deberían comparar los compradores de tratamiento de aguas residuales?
Una comparación técnica debería incluir más que la capacidad del generador.
| Parámetro del comprador | Importancia de la ingeniería |
|---|---|
| Flujo de oxígeno | Determina la capacidad del lecho de adsorción y del equipo. |
| Pureza del oxígeno | Determina la concentración de oxígeno suministrada al proceso. |
| Presión de salida | Debe cumplir con los requisitos del difusor y de la tubería. |
| Consumo de energía específico | Permite comparar la energía de funcionamiento. |
| Demanda máxima de oxígeno | Determina la capacidad del generador y del buffer. |
| Horas de funcionamiento | Afecta el consumo eléctrico anual |
| Profundidad del depósito de aireación | Influye en la presión de gas requerida |
| Distancia de la tubería | Determina la pérdida de presión de distribución. |
| Calidad del aire de alimentación | Protege el tamiz molecular y las válvulas. |
| Área de instalación | Determina la disposición del equipo. |
| Interfaz de control | Determina la integración PLC/SCADA |
| Acceso de mantenimiento | Afecta el tiempo de servicio y el tiempo de inactividad. |
| Expansión futura | Determina los requisitos de capacidad modular. |
Por lo tanto, la comparación de compras más útil se basa en el sistema completo de generación y transferencia de oxígeno.
NEWTEK Generación de oxígeno para el tratamiento de aguas residuales
NEWTEKse centra en sistemas de generación de oxígeno y nitrógeno in situ de PSA. Su configuración de oxígeno PSA combina purificación de aire, adsorción por tamiz molecular de zeolita, recipientes de adsorción, sensores de presión y oxígeno, control automático, tuberías de gas y componentes de control/almacenamiento de oxígeno.
Para aplicaciones de tratamiento de aguas residuales, los parámetros relevantes del equipo incluyen el flujo de oxígeno, la pureza, la presión de salida, el punto de rocío, el consumo de aire, el tamaño de la tubería y la configuración de control. Los datos de oxígeno PSA publicados por NEWTEK cubren capacidades de producción de 1 a 300 Nm³/h, con una pureza de oxígeno del 93% ±3%, una presión de oxígeno de 0,01 a 0,5 MPa y un rango de punto de rocío de oxígeno atmosférico de -40 grados a -75 grados.
La configuración correcta del sistema debe determinarse a partir de la demanda real de oxígeno y las condiciones de aireación de la planta de aguas residuales, y luego compararse con la capacidad del generador, la presión de oxígeno, el sistema de control y el entorno de instalación.
