El tratamiento moderno de aguas residuales depende cada vez más del suministro controlado de oxígeno. Ya sea que la aplicación sea el tratamiento de aguas residuales municipales, el tratamiento de aguas residuales industriales, la gestión de aguas residuales de acuicultura, el tratamiento de efluentes de procesamiento de alimentos o aguas residuales orgánicas de alta concentración, el tratamiento biológico se basa en microorganismos que requieren oxígeno para convertir los contaminantes en compuestos más estables.
En las plantas de tratamiento convencionales, el oxígeno se introduce habitualmente mediante sistemas de aireación mecánica que utilizan aire ambiente. Sin embargo, el aire contiene sólo alrededor del 21% de oxígeno, lo que limita la concentración de oxígeno disponible para el proceso biológico. A medida que aumentan las cargas de aguas residuales y los sistemas de tratamiento se vuelven más compactos, energéticamente eficientes y automatizados, los operadores de tratamiento necesitan un mayor control sobre la transferencia de oxígeno en lugar de simplemente aumentar la capacidad del ventilador.
Aquí es donde la generación de oxígeno del PSA adquiere importancia.
A Generador de oxígeno PSAproduce oxígeno en el sitio separando el oxígeno del aire comprimido mediante adsorción por cambio de presión. En lugar de depender completamente de cilindros de oxígeno u oxígeno líquido a granel, un sistema PSA puede proporcionar un flujo continuo de oxígeno directamente al proceso de tratamiento de aguas residuales.
Para las instalaciones modernas de aguas residuales, el valor del oxígeno PSA no es simplemente su pureza. Su importancia proviene de la combinación deSuministro continuo, concentración de oxígeno controlable, estabilidad del proceso, producción descentralizada y compatibilidad con sistemas de transferencia de oxígeno de alta eficiencia..
Por qué el oxígeno es fundamental en el tratamiento de aguas residuales
Muchos procesos de tratamiento de aguas residuales dependen de microorganismos aeróbicos.
Los compuestos orgánicos, el amoníaco y otros contaminantes biodegradables no se pueden eliminar de manera eficiente a menos que el sistema biológico reciba suficiente oxígeno. En un proceso de lodos activados, por ejemplo, los microorganismos consumen oxígeno disuelto mientras metabolizan la materia orgánica.
Una reacción de oxidación aeróbica simplificada se puede representar como:
Materia orgánica + O₂ → CO₂ + H₂O + nueva biomasa
Para la nitrificación, también se requiere oxígeno para convertir el amoníaco en nitrito y posteriormente en nitrato:
NH₄⁺ → NO₂⁻ → NO₃⁻
Estas reacciones conectan directamente la disponibilidad de oxígeno con el rendimiento del tratamiento.
Si el reactor biológico no recibe suficiente oxígeno, pueden ocurrir varios problemas:
Disminuye la eliminación de materia orgánica.
La oxidación del amoníaco se vuelve incompleta.
La concentración de oxígeno disuelto cae.
La actividad microbiana se vuelve inestable.
Las características del lodo pueden deteriorarse.
El olor y los contaminantes no tratados pueden aumentar.
Es posible que la planta de tratamiento no mantenga la calidad requerida del efluente.
Por lo tanto, el oxígeno no es simplemente un elemento auxiliar en una planta de tratamiento de aguas residuales aeróbica. es unentrada del proceso.
El desafío es que la demanda de oxígeno no es constante.
El flujo de aguas residuales, la concentración de DQO, la carga de amoníaco, la temperatura, la concentración de biomasa, la edad del lodo y la actividad biológica pueden cambiar el requerimiento de oxígeno. Por lo tanto, una planta de tratamiento necesita un sistema de suministro de oxígeno que pueda responder a las condiciones cambiantes del proceso.
La limitación de la aireación del aire atmosférico
Las plantas de tratamiento de aguas residuales tradicionales generalmente utilizan sopladores para llevar aire atmosférico a los tanques de aireación.
Debido a que el aire atmosférico contiene aproximadamente un 21% de oxígeno, se debe mover una gran cantidad de aire para transferir suficiente oxígeno al agua residual.
Por ejemplo, si un reactor biológico requiere una alta tasa de transferencia de oxígeno, es posible que la planta deba aumentar:
capacidad del soplador;
flujo de aire;
densidad del difusor;
presión de aireación;
diámetro de la tubería;
u horas de funcionamiento.
Sin embargo, simplemente aumentar el volumen de aire no siempre produce mejoras proporcionales en la transferencia de oxígeno.
El proceso de transferencia de oxígeno depende de varios factores, entre ellos:
concentración de oxígeno en la fase gaseosa;
tamaño de burbuja;
temperatura de las aguas residuales;
concentración de oxígeno disuelto;
presión hidrostática;
eficiencia del difusor;
profundidad del reactor;
características de las aguas residuales;
y condiciones de transferencia de masa.
Esto crea un importante problema de ingeniería.
Una planta de tratamiento puede mover una gran cantidad de aire mientras transfiere sólo una cantidad relativamente limitada de oxígeno al agua.
El oxígeno PSA cambia esta condición aumentando la concentración de oxígeno del gas suministrado al sistema de aireación.
¿Qué es el oxígeno PSA?
PSA significaAdsorción por cambio de presión.
Un generador de oxígeno PSA separa el oxígeno del aire comprimido mediante un material adsorbente, normalmente un tamiz molecular.
El aire de alimentación básico contiene varios componentes principales, incluidos nitrógeno y oxígeno. El tamiz molecular adsorbe preferentemente nitrógeno bajo presión y permite el paso de gas rico en oxígeno.
Un ciclo típico de generación de oxígeno de PSA contiene varias etapas:
El aire comprimido ingresa a un recipiente de adsorción.
El nitrógeno es absorbido preferentemente por el tamiz molecular.
El gas enriquecido con oxígeno sale del recipiente.
El recipiente de adsorción está despresurizado.
Se libera nitrógeno adsorbido.
Se regenera el tamiz molecular.
El segundo recipiente se encarga de la adsorción.
El ciclo continúa automáticamente.
Normalmente funcionan alternativamente dos o más recipientes de adsorción.
Mientras un recipiente produce oxígeno, otro recipiente se regenera. Esta operación cíclica permite que el sistema proporcione una corriente de oxígeno relativamente continua.
La concentración exacta de oxígeno depende del diseño del sistema PSA, las características del adsorbente, la presión de operación, el caudal y la aplicación requerida.
Para el tratamiento de aguas residuales, el punto importante es que PSA proporcionaGas enriquecido con oxígeno según demanda en lugar de depender exclusivamente del aire atmosférico..
Cómo el oxígeno PSA mejora el tratamiento biológico
La principal ventaja técnica del enriquecimiento de oxígeno es que el gas que ingresa al reactor biológico contiene una concentración de oxígeno más alta que el aire atmosférico normal.
Esto puede mejorar la fuerza impulsora para la transferencia de oxígeno desde la fase gaseosa a las aguas residuales.
La tasa de transferencia de oxígeno se puede expresar conceptualmente como:
OTR=kLa × (C* − CL)
Dónde:
OTR= tasa de transferencia de oxígeno;
kLa= coeficiente global de transferencia de oxígeno;
C*= concentración de oxígeno disuelto de saturación;
CL= concentración real de oxígeno disuelto en el líquido.
Aumentar la concentración de oxígeno en el gas suministrado puede aumentar la concentración efectiva de oxígeno disponible para la transferencia.
Esto resulta particularmente útil cuando el reactor biológico tiene:
alta carga orgánica;
alta carga de amoníaco;
alta concentración de licor mezclado;
volumen de reactor limitado;
tanques de aireación profunda;
limitaciones de transferencia de oxígeno;
o requisitos estrictos sobre efluentes.
En lugar de resolver la escasez de oxígeno sólo aumentando el volumen de aire, la planta de tratamiento puede aumentar laconcentración de oxígeno del gas suministrado.
Se trata de un enfoque fundamentalmente diferente para la optimización de la aireación.
Sistemas de Oxígeno y Lodos Activados PSA
Los lodos activados siguen siendo una de las tecnologías biológicas de tratamiento de aguas residuales más utilizadas.
El proceso normalmente consiste en una cubeta de aireación seguida de una separación sólido-líquido.
Dentro del tanque de aireación, los microorganismos consumen contaminantes orgánicos mientras que el oxígeno se suministra a través de difusores u otros dispositivos de aireación.
El requerimiento de oxígeno puede aumentar significativamente cuando las aguas residuales afluentes contienen altas concentraciones de materia orgánica biodegradable.
Por ejemplo, aguas residuales de:
procesamiento de alimentos;
fabricación de bebidas;
matadero;
producción de papel;
fabricación farmacéutica;
procesamiento textil;
industrias químicas;
pueden tener una carga orgánica significativamente mayor que las aguas residuales domésticas típicas.
Cuando la demanda de oxígeno excede la capacidad efectiva de transferencia del sistema de aireación, la planta debe aumentar la intensidad de la aireación.
El oxígeno PSA puede complementar o reemplazar parte del suministro de aire atmosférico.
El gas rico en oxígeno se puede introducir a través de difusores existentes o dedicados, según el diseño del sistema. Debido a que el gas contiene una mayor concentración de oxígeno, el reactor biológico puede lograr potencialmente la transferencia de oxígeno requerida con un menor volumen de gas.
Esto es especialmente valioso cuando el tanque de aireación existente tiene un espacio físico limitado.
Oxígeno PSA para eliminación y nitrificación de amoníaco
La eliminación de nitrógeno es uno de los procesos biológicos más exigentes en el tratamiento de aguas residuales.
Las bacterias nitrificantes necesitan oxígeno para oxidar el amoníaco.
La reacción de nitrificación general se puede simplificar como:
NH₄⁺ + O₂ → NO₃⁻ + H⁺ + H₂O
La ruta bioquímica real ocurre en múltiples etapas, pero el principio de ingeniería es sencillo:La nitrificación requiere un ambiente aeróbico estable..
Cuando el oxígeno disuelto se vuelve insuficiente, el rendimiento de la nitrificación puede disminuir.
Esto puede convertirse en un problema en aguas residuales que contienen altas concentraciones de amoníaco, particularmente cuando las plantas de tratamiento operan bajo:
alta carga de nitrógeno;
condiciones de baja temperatura;
alta concentración de biomasa;
largos tiempos de retención de lodos;
o límites estrictos de descarga de amoníaco.
El oxígeno PSA puede proporcionar una fuente de oxígeno más concentrada para la etapa de nitrificación.
En lugar de aumentar indefinidamente el flujo de aire del soplador, los operadores pueden utilizar el enriquecimiento de oxígeno para aumentar la disponibilidad de oxígeno dentro del reactor biológico.
Esto hace que el oxígeno PSA sea particularmente relevante para plantas de aguas residuales donde la eliminación de nitrógeno es un objetivo de tratamiento importante.
Oxígeno PSA en el tratamiento de aguas residuales MBR
Los biorreactores de membrana, comúnmente conocidos como sistemas MBR, combinan el tratamiento biológico con la separación por membrana.
En comparación con los sistemas de lodos activados convencionales, los MBR pueden funcionar con concentraciones de biomasa más altas y huellas de reactor más pequeñas.
Sin embargo, la alta concentración de biomasa también crea una mayor demanda de oxígeno por unidad de volumen del reactor.
El reactor biológico debe mantener suficiente oxígeno para el metabolismo microbiano mientras el sistema de membrana opera en condiciones controladas.
Por lo tanto, el suministro de oxígeno se convierte en un parámetro de diseño importante.
El oxígeno PSA se puede integrar en los sistemas de aireación MBR para proporcionar gas enriquecido con oxígeno donde la aireación de aire convencional no puede satisfacer de manera eficiente la demanda del proceso.
La aplicación puede implicar:
aireación de reactores biológicos;
fregado de membranas;
enriquecimiento de oxígeno;
o zonas dedicadas a alta demanda de oxígeno.
La configuración específica depende del diseño del proceso MBR.
Para instalaciones de tratamiento compactas, el enriquecimiento de oxígeno puede ser especialmente útil porque el aumento de la concentración de oxígeno puede proporcionar capacidad de tratamiento adicional sin requerir un aumento proporcional en la infraestructura de manejo de aire.
Oxígeno PSA para aguas residuales industriales
Las aguas residuales industriales suelen presentar un perfil de demanda de oxígeno más complejo que las aguas residuales municipales.
La composición de las aguas residuales puede cambiar significativamente según los programas de producción, las materias primas, los ciclos de limpieza y los procesos de fabricación.
Las industrias que pueden requerir una demanda biológica sustancial de oxígeno incluyen:
Procesamiento de alimentos
Las aguas residuales del procesamiento de alimentos pueden contener altas concentraciones de compuestos orgánicos, grasas, proteínas y carbohidratos biodegradables.
Por lo tanto, el tratamiento aeróbico requiere un aporte sustancial de oxígeno.
Pulpa y Papel
Las aguas residuales de pulpa y papel pueden contener compuestos orgánicos y sólidos suspendidos que requieren tratamiento biológico antes de su descarga o reutilización.
Fabricación farmacéutica
Las aguas residuales farmacéuticas pueden contener compuestos orgánicos complejos y concentraciones variables de contaminantes.
Por tanto, las condiciones del tratamiento biológico deben controlarse cuidadosamente.
Procesamiento Textil
Las aguas residuales textiles pueden contener materia orgánica, colorantes, tensioactivos y otros compuestos. Dependiendo de la configuración del proceso, el tratamiento biológico aeróbico puede formar parte de un tren de tratamiento más amplio.
Fabricación de productos químicos
Las aguas residuales químicas pueden tener una composición muy variable y pueden requerir un tratamiento previo antes del tratamiento biológico.
En estas aplicaciones, un suministro estable de oxígeno es importante porque el rendimiento del tratamiento biológico puede cambiar rápidamente cuando la disponibilidad de oxígeno no coincide con la carga de contaminantes.
Control de oxígeno PSA y oxígeno disuelto
Uno de los aspectos más importantes del tratamiento de aguas residuales moderno es el control automático del proceso.
Los sistemas de aireación tradicionales a menudo controlan la salida del soplador basándose en mediciones de oxígeno disuelto.
Cuando el oxígeno disuelto cae por debajo del rango objetivo, aumenta la potencia del soplador.
Sin embargo, este método cambia principalmentecantidad de aire.
Un sistema de oxígeno PSA proporciona otra variable de control:concentración de oxígeno.
El sistema de tratamiento puede potencialmente regular:
flujo de oxígeno PSA;
relación de mezcla oxígeno-aire;
flujo del soplador;
punto de ajuste de oxígeno disuelto;
zona de aireación;
y presión de funcionamiento.
Esto crea más flexibilidad en el control del proceso.
Por ejemplo, durante períodos de baja carga de aguas residuales, el sistema puede reducir la producción de oxígeno.
Cuando aumenta la carga orgánica o de amoníaco, se puede aumentar la producción de oxígeno para mantener el nivel requerido de oxígeno disuelto.
Esta operación basada en la demanda es particularmente adecuada para plantas de tratamiento de aguas residuales automatizadas.
Por qué el oxígeno PSA es adecuado para instalaciones remotas de aguas residuales
No todas las instalaciones de tratamiento de aguas residuales tienen acceso a una infraestructura confiable de suministro de oxígeno.
Esto es particularmente importante para:
sitios industriales remotos;
operaciones mineras;
instalaciones costa afuera;
plantas de tratamiento rurales;
instalaciones de fabricación aisladas;
sistemas descentralizados de aguas residuales;
e instalaciones temporales de tratamiento.
Los cilindros de oxígeno tradicionales requieren transporte y reemplazo regulares.
El oxígeno líquido a granel requiere tanques de almacenamiento, infraestructura de suministro y sistemas de manipulación adecuados.
Un generador de oxígeno PSA adopta un enfoque diferente.
Utiliza:
aire ambiente + sistema de aire comprimido + separación de PSA + suministro de oxígeno
Siempre que el sistema tenga un suministro de energía y una infraestructura de aire comprimido adecuados, se puede generar oxígeno directamente en el lugar de tratamiento.
Esto hace que la tecnología PSA sea adecuada para instalaciones donde la logística externa de oxígeno es inconveniente o poco confiable.
Oxígeno PSA frente a cilindros de oxígeno
Los cilindros de oxígeno son prácticos para necesidades de oxígeno intermitentes o de pequeña escala, pero son menos convenientes cuando una planta de tratamiento requiere oxígeno continuo.
Un sistema de tratamiento de aguas residuales puede funcionar de forma continua durante las 24 horas del día.
Si el consumo de oxígeno es significativo, depender de cilindros crea varios requisitos operativos:
almacenamiento de cilindros;
entrega regular;
reemplazo de cilindros;
monitoreo de presión;
transporte;
gestión de seguridad;
y control de inventarios.
La generación de oxígeno PSA elimina la dependencia del reemplazo continuo de cilindros.
El generador produce oxígeno en el sitio y lo suministra directamente al proceso.
Esto hace que el PSA sea particularmente adecuado para aplicaciones de tratamiento biológico continuo.
Oxígeno PSA versus oxígeno líquido
El oxígeno líquido puede proporcionar una alta concentración de oxígeno y se usa ampliamente en grandes aplicaciones industriales.
Sin embargo, el oxígeno líquido requiere almacenamiento criogénico y una cadena de suministro adecuada.
La instalación necesita:
equipos de almacenamiento criogénico;
equipos de vaporización;
infraestructura de entrega;
regulación de presión;
y sistemas de seguridad adecuados.
El oxígeno PSA funciona de manera diferente.
Genera oxígeno a partir de aire comprimido en el punto de uso.
Para las instalaciones de tratamiento de aguas residuales que necesitan un suministro de oxígeno continuo pero moderado, la generación de PSA in situ puede proporcionar una configuración más descentralizada.
La tecnología adecuada aún depende de la demanda de oxígeno, la escala de la planta, la infraestructura del sitio, la pureza requerida, los requisitos de redundancia y las condiciones operativas.
Por lo tanto, el PSA no debe considerarse como un sustituto universal de todas las fuentes de oxígeno.
Su principal ventaja esGeneración in situ con capacidad de producción controlable..
La importancia de la pureza del oxígeno
Un malentendido común es que el tratamiento de aguas residuales siempre requiere la mayor pureza de oxígeno posible.
En realidad, la pureza del oxígeno debe seleccionarse según los requisitos del proceso.
Una mayor concentración de oxígeno puede aumentar la fuerza impulsora de la transferencia de oxígeno, pero producir oxígeno de una pureza extremadamente alta puede requerir diferentes configuraciones de equipo y condiciones operativas.
Para muchas aplicaciones de aguas residuales, el objetivo de ingeniería no es simplemente:
"Obtenga la mayor pureza de oxígeno posible".
Es:
"Proporcionar suficiente capacidad de transferencia de oxígeno con un funcionamiento estable y controlable".
Esta distinción es importante al diseñar un sistema de oxígeno PSA.
El generador de oxígeno debe combinarse con:
flujo de oxígeno requerido;
presión de funcionamiento;
concentración de oxígeno;
profundidad de aireación;
características del difusor;
demanda de oxígeno de las aguas residuales;
objetivo de oxígeno disuelto;
y perfil operativo diario.
Un sistema del tamaño correcto es más importante que seleccionar la pureza nominal de oxígeno más alta.
El equipo de transferencia de oxígeno sigue siendo importante
La instalación de un generador de oxígeno PSA no garantiza automáticamente una alta eficiencia de transferencia de oxígeno.
El sistema de aireación aguas abajo sigue siendo crítico.
El oxígeno debe pasar de la fase gaseosa a la fase líquida.
Por lo tanto, el sistema PSA debe evaluarse junto con:
difusores de burbuja fina;
sistemas de inyección de oxígeno;
inyectores venturi;
mezcladores estáticos;
contactores de columna empaquetada;
sistemas de aireación por membranas;
u otros equipos de transferencia de gas-líquido.
Por ejemplo, los difusores de burbuja fina generan burbujas más pequeñas, lo que aumenta el área de contacto gas-líquido.
Los tanques más profundos también pueden aumentar el tiempo de contacto y la presión hidrostática.
Por tanto, el sistema completo debería evaluarse como:
Generador de oxígeno PSA → tubería de oxígeno → regulación de presión → distribución de gas → difusor/inyector → aguas residuales → oxígeno disuelto
Este enfoque a nivel de sistema es más útil que evaluar solo el generador de oxígeno.
Oxígeno PSA para tratamiento de lodos
Los lodos activados residuales también pueden requerir oxígeno durante los procesos de estabilización aeróbica.
La digestión aeróbica de lodos utiliza microorganismos para estabilizar el material orgánico biodegradable en condiciones de oxigenación.
La demanda de oxígeno depende de:
concentración de lodos;
contenido de sólidos volátiles;
temperatura;
tiempo de retención;
actividad biológica;
y configuración del proceso.
Si la transferencia de oxígeno se vuelve insuficiente, la eficiencia de la estabilización puede disminuir.
El oxígeno PSA puede proporcionar una corriente de gas enriquecida con oxígeno para sistemas de tratamiento de lodos aeróbicos donde una fuente de oxígeno más concentrada es beneficiosa.
Se aplica el mismo principio: la disponibilidad de oxígeno debe corresponder a la demanda biológica de oxígeno.
Oxígeno PSA en el tratamiento avanzado de aguas residuales
El tratamiento moderno de aguas residuales se centra cada vez más en algo más que la eliminación convencional de contaminantes orgánicos.
Es posible que las plantas de tratamiento deban abordar:
amoníaco;
nitrógeno total;
compuestos orgánicos refractarios;
contaminantes industriales;
olor;
requisitos de reutilización del agua;
y normas de alta cada vez más estrictas.
A medida que los requisitos de tratamiento se vuelven más exigentes, los procesos biológicos pueden operar más cerca de sus límites de transferencia de oxígeno.
El oxígeno PSA puede respaldar estos sistemas al aumentar la disponibilidad de oxígeno sin requerir un aumento proporcional en el volumen total de aire.
Esto es particularmente relevante cuando se actualiza una planta existente.
En lugar de reconstruir completamente la cuenca de aireación, un operador puede investigar el enriquecimiento de oxígeno como un componente de la estrategia de mejora de la capacidad.
Que esto sea técnicamente factible depende del sistema difusor existente, la demanda de oxígeno, la geometría del reactor, el sistema de distribución de gas y las condiciones hidráulicas.
PSA Optimización de Oxígeno y Energía
La aireación suele ser uno de los principales procesos que consumen energía en el tratamiento biológico de aguas residuales.
Los sopladores consumen energía eléctrica para comprimir y mover grandes cantidades de aire.
Si se puede lograr el mismo requisito de transferencia de oxígeno con un flujo total de gas menor, se puede reducir el requisito de manejo de aire.
Sin embargo, la propia generación de oxígeno mediante PSA también consume energía, ya que el aire de alimentación debe comprimirse.
Por tanto, la comparación de ingeniería correcta no es simplemente:
"El PSA utiliza menos aire".
Debería ser:
"¿Cuánta energía total se requiere para transferir la cantidad requerida de oxígeno a las aguas residuales?"
Este cálculo debe considerar:
eficiencia del compresor;
Presión de funcionamiento del PSA;
recuperación de oxígeno;
pureza del oxígeno;
eficiencia del difusor;
eficiencia de transferencia de oxígeno;
eficiencia del soplador;
pérdida de presión en la tubería;
y la demanda real de oxígeno de las aguas residuales.
Por lo tanto, la ventaja energética del oxígeno PSA es específica de la aplicación.
Un sistema diseñado adecuadamente debe comparar el sistema de aireación completo en lugar de un componente aislado.
Componentes principales de un sistema de oxígeno PSA para el tratamiento de aguas residuales
Un sistema típico de generación de oxígeno PSA puede incluir varios componentes principales.
Compresor de aire
El compresor proporciona aire de alimentación a la presión requerida por el proceso de separación de PSA.
La calidad estable del aire comprimido es importante porque la contaminación por aceite, agua y partículas puede afectar el rendimiento del tamiz molecular.
Sistema de tratamiento de aire
El tratamiento previo puede incluir:
filtros de aire;
eliminación de aceite;
separación de agua;
secadores de aire;
y otros componentes de purificación.
La configuración exacta depende del compresor y del diseño del PSA.
Torres de adsorción PSA
Las torres de adsorción contienen material de tamiz molecular.
Varias torres funcionan alternativamente para proporcionar una generación continua de oxígeno.
Tanque de amortiguación de oxígeno
Un tanque de almacenamiento o de compensación de oxígeno ayuda a estabilizar la presión y el flujo entre la producción de PSA y el consumo de oxígeno.
Sistema de control de oxígeno
Se pueden utilizar medidores de flujo, sensores de presión, analizadores de oxígeno, válvulas y controles PLC para monitorear y regular el sistema.
Tubería de suministro de oxígeno
La tubería transfiere oxígeno desde el generador al sistema de aireación o inyección.
La selección del material y la clasificación de presión deben coincidir con los requisitos del servicio de oxígeno.
Sistema de aireación o inyección
Finalmente, el oxígeno se introduce en las aguas residuales a través de difusores, inyectores, mezcladores u otro dispositivo de transferencia de oxígeno.
¿Qué se debe considerar al seleccionar el equipo de oxígeno PSA?
Una planta de tratamiento de aguas residuales no debe seleccionar un generador de oxígeno PSA basándose únicamente en su capacidad nominal de producción de oxígeno.
Se deben evaluar varios parámetros.
Demanda de oxígeno
Determinar el requerimiento real de oxígeno del proceso biológico.
El diseño debe considerar la carga máxima en lugar de solo la carga promedio.
Pureza del oxígeno
Seleccione la concentración de oxígeno requerida de acuerdo con los requisitos biológicos y de transferencia de masa.
Presión de funcionamiento
La presión de suministro requerida depende de la profundidad del tanque de aireación, la pérdida de presión de la tubería, las características del difusor y la tecnología de inyección.
Regulación de flujo
El generador de oxígeno debe ser capaz de ajustar la salida de acuerdo con la carga de tratamiento de aguas residuales.
Calidad del aire de alimentación
El aire comprimido debe tratarse adecuadamente para proteger el tamiz molecular.
Perfil operativo
Una planta que funciona las 24 horas del día, los 7 días de la semana requiere consideraciones de diseño de sistema diferentes a las de una instalación de aguas residuales intermitente.
Redundancia
Para instalaciones de tratamiento críticas, pueden ser preferibles varios módulos de PSA a una unidad grande.
La redundancia modular puede permitir que la planta continúe funcionando cuando un módulo requiere mantenimiento.
Sistemas modulares de oxígeno PSA para plantas de aguas residuales
La modularización está adquiriendo cada vez más importancia en el tratamiento moderno de aguas residuales.
En lugar de instalar un generador de oxígeno de gran tamaño, el suministro de oxígeno se puede dividir en varios módulos PSA.
Por ejemplo:
Módulo A + Módulo B + Módulo C + Módulo D
El número de módulos operativos se puede ajustar según la demanda de oxígeno.
Durante los períodos de baja carga, funcionan menos módulos.
Durante los picos de carga, se pueden activar módulos adicionales.
Esta configuración proporciona varios beneficios de ingeniería:
producción flexible de oxígeno;
mantenimiento más fácil;
expansión de capacidad por etapas;
redundancia mejorada;
transporte más fácil;
y un control del sistema más adaptable.
Para el tratamiento descentralizado de aguas residuales, los sistemas de oxígeno PSA en contenedores pueden simplificar aún más la instalación.
El equipo PSA, el sistema de tratamiento de aire, el gabinete de control, el tanque de compensación de oxígeno y el equipo auxiliar se pueden integrar en un paquete compacto según los requisitos del proyecto.
El oxígeno PSA es parte de un sistema de tratamiento completo
El oxígeno PSA no debe considerarse una tecnología independiente de tratamiento de aguas residuales.
No elimina directamente DQO, amoníaco, sólidos suspendidos u otros contaminantes.
En cambio, suministra oxígeno a los procesos biológicos y de oxidación que requieren oxígeno.
Un sistema de tratamiento típico puede incluir:
Detección → Igualación → Pretratamiento → Tratamiento biológico → Clarificación secundaria o separación de membranas → Tratamiento avanzado → Desinfección
El oxígeno PSA apoya principalmente las partes de este proceso que requieren oxígeno.
Por lo tanto, su función es similar a la de otras utilidades críticas: proporciona las condiciones de proceso necesarias para que el sistema biológico funcione correctamente.
Esta distinción es importante al evaluar tecnologías de tratamiento de aguas residuales.
La pregunta no debería ser:
"¿Puede el oxígeno PSA tratar las aguas residuales por sí solo?"
La pregunta correcta es:
"¿Puede la generación controlada de oxígeno mejorar el suministro de oxígeno y la estabilidad operativa del proceso de tratamiento de aguas residuales seleccionado?"
Por qué el oxígeno PSA es cada vez más importante
La industria de las aguas residuales está avanzando hacia varias tendencias importantes:
cargas de tratamiento más altas;
requisitos más estrictos de eliminación de nitrógeno;
huellas de plantas más pequeñas;
tratamiento descentralizado;
mayor automatización;
reutilización del agua;
diseño de plantas modulares;
y una mejor gestión de la energía.
Todas estas tendencias aumentan la importancia del suministro de oxígeno controlable.
Un sistema de aireación convencional ajusta principalmente el volumen de aire.
Un sistema de oxígeno PSA proporciona otro parámetro de ingeniería:concentración de oxígeno.
Este grado adicional de control puede resultar valioso cuando el proceso biológico se acerca a su limitación de transferencia de oxígeno.
Por lo tanto, para aguas residuales industriales de alta carga, reactores biológicos compactos, sistemas MBR, procesos de eliminación de nitrógeno e instalaciones de tratamiento remotas, el enriquecimiento de oxígeno puede convertirse en una parte importante del diseño del proceso.
Consideraciones finales: ¿Es indispensable el oxígeno PSA?
El oxígeno PSA no es obligatorio para todas las plantas de tratamiento de aguas residuales.
Un sistema de aireación convencional basado en aire puede seguir siendo la solución más adecuada para muchas aplicaciones municipales e industriales.
Sin embargo, cuando la demanda de oxígeno aumenta, el volumen del reactor es limitado, la eficiencia de la transferencia de oxígeno se convierte en un cuello de botella o la logística externa del oxígeno es difícil, la generación de oxígeno PSA ofrece una alternativa técnicamente valiosa.
Su importancia proviene de cinco capacidades centrales:
Generación de oxígeno in situ
El oxígeno se produce directamente en la instalación de tratamiento a partir del aire comprimido.
Suministro continuo de oxígeno
El ciclo PSA permite la producción continua de oxígeno sin depender completamente del reemplazo del cilindro o del suministro de oxígeno líquido.
Concentración de oxígeno controlable
El enriquecimiento de oxígeno puede aumentar la fuerza impulsora para la transferencia de oxígeno gas-líquido.
Integración con sistemas de tratamiento automatizados.
El flujo de oxígeno se puede coordinar con el monitoreo de oxígeno disuelto y la carga biológica.
Compatibilidad con procesos modernos de tratamiento de alta carga.
El oxígeno PSA puede soportar lodos activados, MBR, nitrificación, tratamiento de lodos aeróbicos y otros procesos dependientes de oxígeno.
El futuro del tratamiento de aguas residuales no consiste simplemente en añadir más aire a los reactores biológicos. se trata decontrolar la transferencia de oxígeno según la demanda biológica real.
La generación de oxígeno mediante PSA proporciona una forma práctica de lograr ese control. Cuando se dimensiona adecuadamente y se integra con compresores, sistemas de tratamiento de oxígeno, tuberías, difusores y controles de procesos, el oxígeno PSA puede transformar el suministro de oxígeno de un servicio fijo a un parámetro de proceso controlable.
Es por eso que el oxígeno PSA se está volviendo cada vez más relevante para el tratamiento moderno de aguas residuales, no porque cada planta de tratamiento requiera oxígeno puro, sino porqueLa disponibilidad de oxígeno estable y controlable es fundamental para un tratamiento biológico eficiente..
