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Ventajas de los generadores de NANOBURBUJAS en los sistemas de flotación DAF

28/07/2017

Ventajas de los generadores de NANOBURBUJAS en los sistemas de flotación DAF

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Ernesto Herrera Díaz

Ernesto Herrera Díaz

  • Director Comercial de SERPROAGUA
  • Ingeniero Técnico Químico por la Universidad del País Vasco

 

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"Los flotadores DAF empleados habitualmente tienen un diseño complejo y pueden modernizarse de una manera bastante sencilla instalando generadores de micro-nanoburbujas"
 
En depuradoras de fangos con densidades parecidas al agua la decantación de los flóculos suele producirse lentamente y por tanto los decantadores deben tener volúmenes relativamente grandes. Además, debido a su densidad próxima a la del agua y a su tensión superficial, las grasas tienden a flotar en los espesadores por gravedad. Por este motivo, cada vez se usa más la flotación como método para la separación de los sólidos, que son posteriormente eliminados con facilidad por rascadores superficiales.
 
La flotación DAF es un método cada día más utilizado para la eliminación de sólidos y grasas difíciles de sedimentar. Tanto los costes de inversión como operativos de los flotadores DAF dependen en gran medida de su capacidad para generar burbujas. El tamaño y la cantidad de burbujas determinan la eficiencia de los flotadores. Los flotadores típicos están equipados con equipos que generan burbujas de entre 300 y 600 µm. Los flotadores más modernos generan burbujas de entre 100 y 250 µm capaces de producir el efecto de “agua blanca”. Durante los últimos diez años han aparecido los primeros generadores capaces de producir burbujas de 20-50 µm, y finalmente de 3-7 µm.
 
Este hecho ha revolucionado la tecnología de la flotación DAF. Mientras que las burbujas de 40-50 µm, visibles a simple vista, se agrupan y ascienden a la superficie, las microburbujas se mueven virtualmente en el nivel del movimiento browniano, y no se agrupan en burbujas de mayor tamaño. Millones de microburbujas permanecen en el agua y sólo ascienden tras juntarse con partículas sólidas. De esta manera, cada burbuja cumple una función mientras que en otros sistemas una gran parte de la burbujas alcanza la superficie sin ningún contacto con partículas sólidas.
 
Los sistemas DAF más modernos generan burbujas de unas pocas micras, y estas burbujas se descomponen en burbujas de tamaño inferior a una micra. Los más novedosos sistemas de generación de nanoburbujas permiten crear burbujas de entre 0,1-0,3 µm. Estas pequeñas burbujas en gran cantidad aumentan la eficiencia de la flotación posibilitando eliminar materia de menor tamaño y reduciendo el consumo de energía y productos químicos utilizados en la flotación.
 
El sistema de flotación DAF-Nano basado en el generador japonés NIKUNI se utilizó con éxito en algunas industrias lácteas de Polonia hace unos 5 años y posibilitaron eliminar aproximadamente un 62% de la DBO5 del efluente antes del tratamiento biológico. Simultáneamente se eliminó casi el 98% de los aceites y grasas.

 

Casos de éxito en la industria láctea


Así, el concepto de modernización de la tecnología de tratamiento de aguas residuales en la láctea de Winnica en Polonia, se ha basado en la utilización de la tecnología DAF-Nano como tratamiento del agua residual previo al tratamiento biológico con reactores SBR. El fango en exceso tiene propiedades adsortivas y cuando se mezcla con el agua residual posibilita la eliminación de una cantidad significativa de materia disuelta en el agua residual. La aplicación de la bioadsorción en la planta de Winnica permitió incrementar de manera notable la eficiencia de la planta de tratamiento. Tanto el fango en exceso como los sólidos pueden separarse por medio del DAF-Nano en forma de flotantes. Como resultado del pretratamiento consistente en la bioadsorción y nanoflotación es posible eliminar todos los sólidos y coloides, y parte de sólidos solubles, reduciéndose así sensiblemente la DQO.
 
En la siguiente tabla se muestran algunos ejemplos de resultados obtenidos en una industria láctea (SMU Strzalkowo) tras la utilización de este tipo de tecnologías para el tratamiento de su agua residual:
 
 
 
La misma tecnología DAF-Nano se está utilizando con éxito para la flotación de fango en exceso en otras plantas de tratamiento de aguas.

 

Tecnología DAF-Nano


Con los resultados obtenidos en otras plantas similares después de varios años de operación, se propuso la siguiente tecnología en la planta de Winnica:
 
 
 
1.- Las aguas residuales de la planta (sanitarias y del proceso productivo) se bombean al tanque de homogeneización, que hace el papel de cámara de bioadsorción. Las aguas son aireadas en este tanque mediante soplantes, y se añaden algunos agentes químicos. Durante el proceso de mezcla de las aguas residuales con los fangos en exceso se produce la adsorción de parte de las partículas solubles así como la floculación del fango.
 
2.- El agua se bombea al flotador DAF-Nano para la eliminación de sólidos. Previamente a su introducción en el flotador las aguas se vuelven a acondicionar con agentes químicos. El agua tratada pasa por gravedad del flotador DAF-Nano a los reactores SBR.
 
3.- Los flotantes y espumas acumuladas en la superficie del flotador se recogen en el tanque de fangos.
 
4.- El fango con una concentración en peso del 5-7% se retira para uso, por ejemplo, en fermentación, aunque este fango es fácilmente deshidratable en un tornillo deshidratador. El clarificado recogido en la deshidratación se retorna al tanque de homogeneización.
 
5.- El efluente pretratado en el DAF-Nano es sometido a tratamiento biológico mediante la tecnología SBR.
 
 

Comparativa entre dos plantas semejantes con y sin DAF-Nano

 
Realizando una comparativa entre los esquemas de proceso de dos plantas productivas similares, vemos:
 
Planta 1 (importante grupo alimentario):
 
  • Tanque de homogeneización (300 m3)
  • 2 reactores SBR (800 m3 cada uno)
  • Reactor de fangos activados (4.400 m3) con aireación
  • Decantador secundario (300 m3)
  • Espesamiento y deshidratación del fango en exceso
 
Planta 2 (Winnica):
    
  • Tanque de homogeneización (300 m3), utilizado para bioadsorción
  • DAF-Nano
  • 2 reactores SBR (965 m3 cada uno)
  • Espesador por gravedad
  • Deshidratación del fango en exceso
 
La principal diferencia es la segunda etapa de tratamiento biológico (reactor biológico de 4.400 m3) y que en esta planta no se realiza ningún tratamiento preliminar del agua residual, mientras que en la planta de Winnica se utiliza la tecnología de bioadsorción, lo que permite eliminar una carga diaria de 1.500 kg de DQO. Esto significa que tras la modernización de la planta de Winnica parte de la DQO está siendo eliminada junto con el fango activado en exceso procedente del SBR gracias a la bioadsorción.
 
El coste aproximado que hubiera supuesto aplicar la tecnología utilizada en la planta 1, muy similar en cuanto a características del agua residual, a la planta de Winnica, sería el coste de construcción del tanque reactor de aeración más la construcción del decantador secundario, con un importe aproximado de 640.000 € incluidos todos los costes asociados (tubería, acometida eléctrica, equipos de medida y control, etc.). Si comparamos esta cantidad con el coste de construcción del DAF-Nano y el tratamiento de bioadsorción para el tratamiento del efluente original, con un coste aproximado de 200.000 €, la diferencia total es de en torno a los 440.000 €.
 
Para la tecnología propuesta para la planta de Winnica no se requieren dos etapas de tratamiento biológico ya que en este planteamiento reducimos la DQO, DBO5, SST y aceites y grasas antes del tratamiento biológico en los reactores SBR. Para esa reducción preliminar de la carga de DQO se propone la eliminación de sólidos, sustancias coloidales y algunas sustancias disueltas usando en primer lugar la bioadsorción seguida de una Nanoflotación.
 
Esto significa que el fango en exceso del SBR se juntará con el efluente original y posteriormente se tratará en el DAF-Nano. El efluente del DAF-Nano con una carga reducida de DQO, DBO5, SST y prácticamente libre de aceites y grasas se tratará en los reactores SBR.
 
El fango procedente de la flotación se recogerá en un espesador y se sacará para fermentación como se está haciendo en la actualidad, o bien se puede deshidratar en la propia planta.
 
Cabe indicar que, aunque el equipo de deshidratación sería el mismo en ambos casos, en el caso de la Planta 1 el equipo de deshidratación tratará únicamente el fango en exceso mientras que en la tecnología propuesta dicho equipo tratará fango mixto de físico-químico y fango en exceso.
 


Consideraciones en cuanto al diseño de un DAF-Nano

 
En el caso de un DAF-Nano la elección entre un flotador de forma rectangular o circular viene determinada por motivos prácticos más que por diferencias en su rendimiento. Ambos diseños se usan de manera habitual con igual éxito para tratar el mismo tipo de efluente. En el caso de capacidades por encima de 30 m3/h son más prácticos los modelos rectangulares.
 
Por otra parte, los ensayos realizados a escala real indican que para un tamaño de flotador dado se consiguen los mismos rendimientos tanto si se utilizan lamelas, o sin ellas. La simplicidad del diseño sin lamelas supone una reducción en el precio y elimina la necesidad de sus limpiezas periódicas posteriores.
 


Conclusiones finales

 
Hay muchos flotadores DAF que pueden utilizarse para el pretratamiento de efluentes provenientes de industria láctea pero la base para su elección es la posibilidad de utilizar un generador de micro-nanoburbujas eficiente.
 
Los flotadores DAF empleados habitualmente tienen un diseño complejo y pueden modernizarse de una manera bastante sencilla instalando generadores de micro-nanoburbujas, resultando que una parte importante del volumen del flotador ya no es necesaria puesto que la separación de la materia a eliminar se consigue con mayor rapidez que en los flotadores convencionales. Este exceso de volumen de los flotadores puede alcanzar hasta el 60%.
 
Otro aspecto a tener en consideración es el tipo de generador de nanoburbujas, ya que se pueden conseguir burbujas muy finas por diferentes sistemas: Hay varios tipos de inyectores de efecto Venturi, y muy habitualmente se utilizan bombas centrífugas de una sola etapa o multietapa con inyección de aire comprimido. El efecto de introducir aire en una bomba centrífuga es que producimos una cavitación que degrada el impulsor y el sello de la bomba, y consecuentemente se produce una falta de fiabilidad así como un coste significativo de mantenimiento y recambios.
 
El generador KTM de Nikuni es en la actualidad el sistema más fiable y consiste en una turbina formada por múltiples álabes muy próximos entre sí, de forma que cada espacio entre álabes adyacentes constituye un reactor separado en el cual el chorro de aire se descompone en burbujas muy finas que no entran en contacto con el eje del equipo, evitándose así el fenómeno de cavitación.
 
El KTM aspira aire atmosférico y produce una mezcla agua-aire con un contenido aproximado de gas en el líquido de un 8-10% en volumen. El tamaño de las burbujas generadas es de 3-7 µm., y estas burbujas se descomponen en otras más pequeñas hasta el nivel de nanoburbujas inferiores a 1 µm. La mezcla generada de esta forma se introduce a la cámara del flotador bien con el efluente principal o bien por debajo de la entrada del mismo. Millones de burbujas de aire se adhieren a las partículas sólidas elevándolas hasta la superficie del líquido.
 
En tanto no exista contacto entre las burbujas y las partículas sólidas, las burbujas de aire no ascienden a la superficie, por lo que todas las burbujas son empleadas en el tratamiento del agua. Por el contrario, cuando se utilizan burbujas de mayor tamaño, una parte muy significativa de ellas ascienden a la superficie sin haber tenido contacto alguno con partículas sólidas por lo que no han sido de ninguna utilidad.
 
Como resultado, el mecanismo de nanoflotación produce una reducción de consumo energético de aproximadamente el 50%. Un efecto añadido del uso de nanoburbujas es una reducción del 30-40% de consumo de químicos.
 
En cuanto al diseño del DAF, el sistema DAF-Nikuni es mucho más simple y no requiere del uso de un compresor ni de un gran calderín de saturación, por lo que las dimensiones de la unidad son considerablemente inferiores. 
 
Tras el arranque del generador de microburbujas KTM de Nikuni el tiempo necesario para alcanzar una operación estable en la cámara del flotador es mucho más corto que en el caso de flotadores convencionales. 
 
 

DAF convencional vs moderno DAF-Nano
 
 

Más información sobre las tecnologías DAF-Nano en www.serproagua.com
 
 
Ernesto Herrera Díaz
 
 
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Comentarios Publicar comentario
18/11/2020
nestor lopardo escribió:
estimado ing. Herrera, he leido diferentes conceptos sobre los efectos positivos de las nanoburbujas, algo que realmente me ha fascinado sin ser tecnico y menos ingeniero, pero tambien he leido que el sistema presenta dos problemas, uno que la bomba japonesa no permite el paso de solidos mayores a 0,25mm pues dañaria la misma, el segundo es que en el caso de lograrlo prefiltrando, la precipitacion final es muy lenta y se deben añadir floculantes que aparte de alzar la COD Y BOD seria un costo adicional. me gustaria saber su opinión al respecto.
09/09/2020
César Villazar escribió:
Gracias por compartir la información, de acuerdo a su información tiene algún registro de cuanto al consumo de polímero y cuanto se puede disminuir al utilizar la nanoburbuja con respecto al equipo tradicional. quedo en espera de sus comentarios.
15/09/2017
ERNESTO HERRERA DIAZ escribió:
Gracias León por sus comentarios.
Efectivamente hay diferentes sistemas para generar nano y microburbujas de diferentes tamaños, cada cual con sus puntos fuertes, y se trata de una tecnología a la que se irán encontrando cada vez más aplicaciones, y en ello estamos.
Un cordial saludo!
22/08/2017
leon C Muñiz R escribió:
No es necesario utilizar Nanoburbujas, si se tiene un diseño excelente de DAF, el DAF Krofta, forma sus microburbujas en un Tubo Dilusor de aire, a una presion de aprox 5 kg/cm2, que da la bomba centrifuga, y el aire de un compresor de 7 kg/cm2, el aire pasa a traves de una membrana de pp, microporosa, generando burbujas de 20 a 30 micras. A la presión de los 5.5 kg/cm2, las microburbujas de disuelven en el agua, El agua bombeada dentro del tubo, gira a tudo lo largo del tubo, esto por medio de una boquilla especial, NO requiere de válvulas de exceso de aire, porque no hay coalescencia,. el Coagulante se dosifica antes del la tee en la que se juntan agua con microburbujas y agua a clarificar, posterior a esa union, y antes de kkegar a DAF, se dosifica el Floculante, de modo que al formarse los Flock, estos integran a las Microburbujas, aprovechando el empuje ascensional de todas las Micro burbujas, si a esto se le añade, que la descarga del agua dentro del DAF circular, es a velocidad cero, se obtiene una eficiencia del 99% en separacion de SST. GyA, y un 65% de DBO, Coloides, Fósforo, Nitrógeno, Contaminantes Emergentes etc.. El tirante de agua dentro del DAF es de solo 40 cm.

Por ultimo, los DAF rectangulares y mas, con lamelas, no son recomendables para manejar grasas y aceites, ya que se ensuciaran y se tendra que parar y desarmar, para dar mantenimiento por seguido.
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