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17/01/2024

Las nanoburbujas reducen los surfactantes en un 50% en una planta de tratamiento de aguas residuales de California

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Antecedentes
 

La Estación Depuradora de Agua Residual (EDAR). (WRRF, por sus siglas en inglés) del Distrito de Saneamiento de Goleta (GSD) sirve a 95,000 residentes a lo largo de la costa central de California, cerca de la ciudad de Santa Bárbara.
 
El WRRF está diseñado para una capacidad de tratamiento de 36000 m3/día (9.5 MGD) de flujo en clima seco, y trata unos 16000 m3/día (4.2 MGD) en promedio. Construida a finales de la década de 1940, la planta de Goleta ha evolucionado continuamente para cumplir con las regulaciones, y el crecimiento económico y de la población.
 
Al igual que la mayoría de las instalaciones de recuperación de recursos hídricos, la planta de Goleta tiene que tratar con las perturbaciones operativas creadas por los jabones, detergentes y desinfectantes en el tratamiento biológico de aguas residuales.
 
Cuando llegó el COVID-19 en marzo de 2020, el distrito se enfrentó a la “tormenta perfecta” causada por las condiciones de sequía que redujeron el flujo de afluentes, y por las concentraciones más altas de tensioactivos, como compuestos de amoníaco cuaternario (QAC), proveniente de los hogares que usaban más detergentes y desinfectantes debido a la pandemia. Si bien el programa industrial del distrito abordaba los surfactantes, necesitaba una solución in situ para esta nueva fuente indirecta.
 

No era nuestra primera experiencia

 
La pandemia mundial no fue el primer encuentro de la planta de Goleta con los tensioactivos que dañaban su proceso de tratamiento. "Nuestro problema con los tensioactivos comenzó en 2016, en el punto álgido de la última gran sequía", dice John Crisman, entonces director de operaciones de la planta de Goleta. "El gobernador instauró la conservación obligatoria del agua y hubo alteraciones en la planta de aguas residuales, que determinamos que provenían de los baños del aeropuerto y de los aviones".
 
Estas descargas de tensioactivos de la industria local condujeron a elevados gastos operativos y un riesgo de incumplir con las regulaciones. Afortunadamente, había alternativas y prácticas recomendables para gestionar estas descargas industriales de fuentes puntuales que abordaban los efectos de los tensioactivos en el tratamiento biológico del WRRF. La planta volvió a funcionar normalmente.
 

Removiendo Tensioactivos

 
"El principal problema con los tensioactivos es que interfieren a lo largo del proceso de multi-etapas", explica Crisman, "reduciendo la eficacia del clarificador, inhibiendo el proceso de tratamiento biológico, aumentando el requerimiento de productos químicos y afectando nuestra capacidad para reutilizar y reciclar el agua, lo cual es fundamental durante una sequía".
 
Los tensioactivos inhiben el tratamiento biológico a través de una combinación de la disminución de la transferencia de oxígeno, la toxicidad para los microorganismos nitrificantes y el aumento del costo asociado a la superación de estas barreras al tratamiento. Durante la pandemia, el uso de detergentes y jabones se disparó, mientras que la comunidad intentaba conservar el agua en California azotada por la sequía.
 
Desafortunadamente, no existían métodos "complementarios" para el tratamiento de tensioactivos directamente en las estaciones depuradoras. Con los cambios inminentes en su permiso de descarga, la planta de Goleta comenzó a considerar una reforma multimillonaria de la planta para manejar el problema.
 
El tiempo apremiaba, ya que las comunidades vecinas fueron noticia por las graves violaciones causadas por los niveles de surfactante originados por la pandemia, que interferían con el tratamiento biológico. Afortunadamente, John leyó un artículo de la revista Treatment Plant Operator  sobre cómo el servicio de nanoburbujas de Moleaer resolvió el problema de los surfactantes del Distrito de Servicios Públicos de Fallbrook.
 

Solución especializada

 
Los altos niveles de surfactante hicieron que la operación de la planta de tratamiento de 7500 m3/d (2 MGD) del Distrito de Servicios Públicos de Fallbrook fuera ineficaz y costosa. Con la esperanza de llegar a una solución, Fallbrook instaló el generador de nanoburbujas (NB) de Moleaer entre la obra de llegada y el clarificador primario. El personal de operaciones señaló una reducción del 78 por ciento de las concentraciones de compuestos de amonio cuaternario (presentes en los tensioactivos sin lejía) en el efluente del clarificador primario con relación al agua cruda, disminuyeron un 78 por ciento en el efluente del clarificador primario. La reducción de los niveles de surfactante hizo que la demanda química de oxígeno (DQO) del efluente del clarificador primario cayera un 61 por ciento por debajo de los niveles de rendimiento anteriores.
 
"Dado que este era un tema que había estado siguiendo durante mucho tiempo, sabía que no había muchas otras opciones para tratar los surfactantes. Y si había opciones, ya las había probado", dice Crisman. "La lectura sobre las acciones específicas que Moleaer toma para eliminar los tensioactivos de las aguas residuales, y el hecho de que fuese “libre de químicos”, cumplía con todos los demás objetivos que Goleta buscaba, como la reducción del uso de energía y productos químicos".
 
Debido a su tamaño, las nanoburbujas exhiben características únicas que mejoran muchos procesos físicos, químicos y biológicos. Siendo 2.500 veces más pequeñas que un grano de sal, sus propiedades físicas producen el radical hidroxilo, un oxidante fuerte.
 
Los radicales hidroxilos descomponen las grasas, aceites y lubricantes (FOG por sus siglas en ingles) y los tensioactivos, mejorando la calidad de las aguas residuales sin añadir productos químicos. Las nanoburbujas también suministran lentamente oxígeno disuelto a su entorno, eliminando las condiciones anaeróbicas que causan alteraciones en el proceso, degradan el rendimiento de la planta y generan compuestos de olor y corrosión como el sulfuro de hidrógeno.
 
En mayo de 2022, la planta de Goleta instaló un generador de nanoburbujas de Moleaer de seis pulgadas (NBG 6) y 610 m3/h (2.700 GPM) después del desbaste fino y el desarenador del EDAR, y antes de los clarificadores primarios. "Al trabajar con Moleaer, discutimos los beneficios potenciales para nuestra planta. Los mayores beneficios provendrían del tratamiento en las primeras etapas de la planta, después del desbaste, y veríamos los efectos a lo largo de todo el proceso", explica Crisman. La planta de Goleta puso a prueba el sistema durante tres meses, para experimentar los efectos de las NB en tres ciclos del tiempo de retención de lodos (SRT). La prueba piloto requirió una bomba de alquiler, el sistema NBG 6 de Moleaer y 30 minutos de mantenimiento al mes por parte del personal de operaciones.
 

 

Resultados reales

 
De la noche a la mañana, surgieron cambios notables en la planta. "Una de las observaciones inmediatas fue la ausencia de olor en los clarificadores primarios y en los tanques de ecualización", dice Crisman.
 
Durante los tres meses que duró la prueba, la planta de Goleta vio mejorar muchos parámetros de calidad de las aguas residuales. Las NB ayudaron a romper las emulsiones en las aguas residuales crudas, proporcionando una mejor compactación de la capa de lodo primario y un sobrenadante con menor turbidez. Los resultados de laboratorio confirmaron las observaciones: hubo un aumento del 10 por ciento en la eliminación de SST en los clarificadores primarios.
 
El personal de la planta de Goleta observó visualmente que la espuma, un signo que revela la presencia de tensioactivos, había disminuido tanto en los tanques de ecualización como en los clarificadores primarios. "Inmediatamente vimos una mayor eliminación de SST en el clarificador primario. Esa fue la primera señal de que las NB trajeron cambios. Después de eso, vimos una reducción en la demanda de aireación".
 
Aguas abajo, en los tanques de aireación, esta mejor calidad de las aguas residuales siguió dando sus frutos. Las tasas de absorción y transferencia de oxígeno mejoraron a medida que los niveles más bajos de surfactante dieron paso a una mayor transferencia de oxígeno y cultivos de bacterias más fuertes. Una disolución de oxígeno más eficiente y unos microrganismos más activos condujeron a una reducción del 43 por ciento en el requerimiento de energía para aireación, lo que se traduce en un ahorro anual de 32.000 dólares.
 
Antes de realizar la prueba piloto con NB, la planta de Goleta implementó un programa de bioaumentación y bioestimulantes, para mantener los tanques de aireación de la planta en funcionamiento frente a los altos niveles de surfactante. Después de agregar las NB de Moleaer al proceso de tratamiento, el distrito abandonó el programa de bioaumentación, ahorrando $44,000 en un solo año.
 
 
 


Dividendos Aguas Abajo

 
Aguas abajo, la mayor calidad de las aguas residuales continuó mejorando el proceso de tratamiento más allá de los clarificadores secundarios. La reducción de surfactantes y compuestos orgánicos durante la etapa de desinfección trajo una reducción del 44 por ciento en el uso de cloro, ahorrando al distrito $15,000 por año en costos de productos químicos.
 
"Una mayor eliminación en los clarificadores primarios condujo a ahorros aguas abajo. El uso de productos químicos y energía disminuyó como un resultado directo de la eliminación de surfactantes, restaurando la eficiencia de transferencia de oxígeno, reduciendo la carga y eliminando el estrés ambiental causado por los tensioactivos, lo que nos llevó a tener una planta feliz", se jacta Crisman. "La combinación de esas tres cosas es de donde provienen nuestros ahorros de energía".
 
Los resultados de las pruebas de Moleaer confirmaron que el piloto con el NBG 6 eliminó el 40 por ciento del total de QAC, el 54 por ciento del total de tensioactivos no iónicos y el 51 por ciento del total de tensioactivos aniónicos del afluente de aguas residuales sin tratar de la planta de Goleta.
 
Después de presenciar los efectos en el tratamiento y los ahorros por el uso del generador NB, la planta de Goleta decidió seguir utilizando el NBG 6 luego de la prueba piloto inicial de tres meses. El distrito se inscribió en el programa de nanoburbujas como servicio de Moleaer, lo que permite al fabricante mantener su generador de NB y actualizar los equipos a medida que se lanza tecnología más nueva. Se prevé que el ahorro total de costos de la planta de Goleta sea de $ 87,000 por año después de tomar en cuenta los costos asociados con la instalación permanente.
 

¿Qué sigue?

 
Equipada con el generador de NB, la planta de Goleta ahora tiene acceso a un nuevo conjunto de opciones innovadoras que los tensioactivos antes hacían imposibles de considerar. "Desde una perspectiva financiera, la planta de Goleta está ahorrando dinero, pero ese es solo un aspecto de cómo las nanoburbujas cambiaron las cosas. La planta es más estable e incluso aumentó su capacidad orgánica con las NB, compensando los gastos de capital de actualización de la planta", explica Crisman. "La planta de Goleta ahora también puede considerar otras tecnologías, como el control de aireación basado en amoníaco, para un mayor ahorro de energía en los tanques de aireación. El distrito no habría considerado mejoras como esta, operando en condiciones menos estables".
 
Las nuevas tecnologías siguen modificando las normas del tratamiento del agua y las aguas residuales. El pretratamiento con NB permitió a la planta de Goleta cambiar la dirección de los gastos operativos y de capital de su planta en un grado que era impensable hace unos años.
 
La eliminación directa de los surfactantes intensificó la planta de tratamiento y equilibró la calidad de las aguas residuales, al tiempo que redujo la necesidad de productos químicos tradicionales. "Esta industria suele utilizar la química como solución", añade Crisman. "Con las NB, estoy encantando que no traigamos productos químicos y que no haya que transportar fuera de la planta ningún desecho adicional". Los académicos y la industria todavía están explorando posibles aplicaciones de generadores de NB en plantas de tratamiento, lo que significa que esto es solo el comienzo de una prometedora tecnología.
 
A medida que la planta del Distrito de Saneamiento de Goleta continuó operando su NBG 6, surgieron más oportunidades para que la tecnología redujera el uso de químicos de la planta.
 
Esta se basa en cloruro férrico para eliminar las concentraciones de sulfuro disuelto en el clarificador primario y el tanque de ecualización a fin de minimizar los olores y la toxicidad aguas abajo. Sin cloruro férrico a mano, la planta podría emitir olores nocivos y alterar su proceso biológico, lo que provocaría quejas de los vecinos e incluso costosas violaciones de los permisos.
 
Mientras probaba su sistema de pretratamiento de NB a gran escala, el personal de la planta de Goleta se enteró de que su próxima entrega de cloruro férrico no llegaría hasta después de agotar su suministro existente. Este retraso creó la oportunidad de observar la eficacia de las nanoburbujas en la oxidación de las concentraciones de sulfuro disuelto que se encuentran en las aguas residuales tamizadas y desarenadas de la Planta de Goleta.
 
El experimento trató un caudal de 22700 m3/d (6 MGD) de aguas residuales de alta resistencia. Para monitorear los resultados del tratamiento con NB, los operadores recolectaron muestras de sulfuro antes y después de la inyección de NB, analizándolas con un kit de prueba de sulfuro basado en método colorimétrico de la marca HACH.
 
Los resultados fueron innegables. Las instalaciones de Goleta reciben aproximadamente 45 kg (100 libras) de sulfuro disuelto diariamente y, sin cloruro férrico, se eliminó con éxito el 100 por ciento del sulfuro disuelto de las aguas residuales. Después de todo, la planta de Goleta no necesitaba el siguiente envío de cloruro férrico, lo que significaba ahorros adicionales en la utilización de productos químicos para la planta.

 
  • Para más información sobre como las nanoburbujas ayudan a mejorar la eficiencia en el tratamiento de aguas residuales, visite moleaer.com
 
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