Minimización del efecto de la temperatura en la transferencia de oxígeno en las EDAR gracias al oxígeno puro

En los procesos biológicos aerobios el aumento de la temperatura en el vertido influye en múltiples factores limitantes que repercuten a su vez directamente en el control y calidad del vertido final, ya sea por aumento puntual de temperatura (por ejemplo vertido accidental de una línea de proceso a excesiva temperatura) o en los “temidos” meses de verano en los que dependiendo de la zona geográfica puede incrementar considerablemente los ºC del vertido y afectar gravemente al proceso.

Mediante la aplicación de oxígeno puro en el proceso biológico vamos a explicar cómo se minimizan estos efectos negativos tanto para las actividades metabólicas de la población microbiana como para la velocidad de transferencia de gases y las características de sedimentación de los sólidos biológicos.

Efecto de la temperatura sobre la actividad microbiana y características de sedimentación de los sólidos

En cada proceso biológico de cada depuradora, existen una enorme variedad de microorganismos (bacterias, hongos, protozoos, rotíferos, algas, virus….) a los que en función de la carga y tipo de contaminante a eliminar así como del tipo de proceso, el rango o intervalo óptimo de temperatura pondera con mayor o menor intensidad (por ejemplo, las bacterias nitrificantes son mucho más sensibles al aumento de la temperatura que las heterótrofas).

La tipologia de bacterias en función de la temperatura, tambien afecta a la estabilidad de proceso, ya que existen rangos de Tª en los que proliferan más un tipo de bacterias que otras, es decir, la temperatura afecta al tipo de crecimiento bacteriano (ver gráfica 1. Ref. 2006 Pearson Education, Inc)

Gráfica 1. Tipología de bacterías en función de la temperatura

Las alteraciones bruscas de temperatura que modifican la biomasa bacteriana, pueden afectar por tanto al proceso en los rangos de temperatura en los que existe cambio de tipología (por ejemplo el rango de 42-45ºC que se reduce la población mesófila y se aumenta la termófila) ya que en estos casos, la NO estabilidad bacteriana afecta a la actividad metabólica y por tanto a la actividad biológica, siendo preferible que la temperatura se encuentre en los rangos Mesófilos o Termófilos (en este caso sólo para las heterótrofas) pero no entre ambas, además este hecho, al afectar a la actividad biológica, repercute en consecuencia a la demanada de oxígeno disuelto (OD) y por tanto de manera negativa a la sedimentación de los SSTLM en el proceso posterior.

Los equipos de aireación como las soplantes, aumentan la temperatura del vertido en 2-5 ºC, mientras que los equipos de oxigenación no, convirtiéndose este rango en un factor determinante para la estabilidad del proceso en los meses de verano en los que intrínsecamente ya existe un aumento de temperatura.

Efecto de la temperatura sobre la velocidad de transferencia de gases

La OUR se define como la velocidad de consumo de oxígeno (lo que los microorganismos demandan en el proceso) y la OTR se define como la velocidad de transferencia de oxígeno, es decir lo que los equipos de oxigenación ó aireación son capaces de suministrar al sistema. Éstos equipos deben ser capaces de transferir el oxígeno con mayor velocidad que su velocidad de consumo por parte de la biomasa, para que no se convierta en factor limitante, es decir la OTR > OUR  ya que sino no se llegará a las condiciones de oxígeno disuelto idóneas en función del tipo de proceso y carga a eliminar.

El papel de la temperatura en la OTR es determinante, pero para analizarlo, vamos a usar la fórmula de cálculo de la OTR y los factores que afectan a su valor.

Para cada uno de estos valores, existen una amplia gama de factores limitantes (Agua de proceso, carga contaminante, viscosidad, equipos de aireación, tensión superficial, presión parcial del gas en la burbuja, tiempo de residencia, número y tamaño de la burbuja, etc.) pero, ¿dónde afecta la temperatura a la velocidad de transferencia del oxígeno?

Influye directamente en el Oxígeno de Saturación (ODsat), ya que según aumentamos la temperatura, debido a que este efecto es inversamente proporcional a la solubilidad del oxígeno en el vertido, desciende el Oxígeno disuelto de saturación que en el caso del aire es casi 5 veces menor que con el oxígeno, lo que radica en una menor OTR, menor velocidad de transferencia.

Gráfica 2. Efecto del aumento de temperatura en el Oxígeno disuelto de saturación

También afecta a la KLa, que a su vez entre otros mucho parámetros se ve influenciada por el factor alpha y el factor de potencia (directamente proporcional al consumo energetico). A mayor temperatura mayor consumo energético para transferir la misma cantidad de aire y dependiendo del tipo de sistema de aireación-oxigenación y de la concentración de sólidos en suspensión, menor factor alpha, es decir, menos KLa, luego menor OTR. Por ejemplo, en función de ello, comparativamente puedes necesitar hasta 5 veces más kw/h para transferir la misma OTR entre los equipos de aireación respecto al oxígeno puro y los equipos de oxigenación de Nippon Gases y al aumentar los kw/h, aumentas la temperatua del vertido, lo que lo convierte en una espiral peligrosa (hasta el límite admisible de OTR en aire que es 4,5 veces menor que con oxígeno).

Gráfica 3. Efecto del aumento de temperatura con el factor de energía.

Por ello, gracias a la mejora de rendimientos de transferencia en los equipos de oxigenación de Nippon Gases y a las propiedades del oxígeno puro, se minimiza los efectos negativos del aumento de la temperatura en verano, flexibilizando el control operacional y reduciendo el valor ponderado que la temperatura ejerce sobre el ODsat, factor de energía, SSTLM…en definitiva en la velocidad y rendimiento de transferencia del oxígeno en el vertido, evitando un grave agotamiento de las concentraciones de oxígeno disuelto en el proceso biológico.

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