Evaluación de técnicas de limpieza en membranas difusoras de burbuja fina empleadas en procesos aeróbicos para tratamiento de agua residual | Evaluation of cleaning techniques in fine bubble diffuser membranes used in aerobic processes for wastewater treatment

La aireación es el principal consumidor de electricidad en el tratamiento de las aguas residuales municipales, presente en ciertos procesos biológicos, como los lodos activados, los cuales demandan entre el 50-70% de los costos de la energía necesaria para tratamiento del agua residual. Por consiguiente, para lograr una alta eficiencia de la transferencia de oxígeno en los tratamientos biológicos aeróbicos, son usados comúnmente los difusores de burbuja fina. El desempeño de las membranas de los difusores de burbuja fina es afectado por el ensuciamiento que comprende la acumulación de sustancias suspendidas o disueltas sobre su superficie y/o dentro de sus poros, ocasionando el incremento de los costos de operación, asociados a los sistemas de aireación. Con el propósito de mitigar el ensuciamiento en la industria del tratamiento de aguas residuales, son usadas diferentes técnicas de limpieza convencionales que traen consigo desventajas. El presente trabajo evalúa la técnica de limpieza convencional mediante la adición de agentes químicos y la limpieza con ultrasonido, siendo esta ultima una técnica novedosa para remover el ensuciamiento en difusores de burbuja fina; desde el punto de vista de la presión de descarga, costos de operación, eficiencia y transferencia de oxígeno en condiciones estándar. Los resultados muestran que la aplicación de las técnicas de limpieza recupera parcialmente la transferencia de oxígeno en las membranas difusoras y a la reducen los costos operativos.Concluyendo que, entre las tres técnicas de limpieza evaluadas, el ultrasonido es el que presenta los mejores resultados.

1. GLOSARIO ...................................................................................................................... 10 2. RESUMEN........................................................................................................................ 13 3. INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 14 4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ......................................................................... 16 5. DELIMITACIÓN.............................................................................................................. 18 5.1 Conceptual....................................................................................................................................18 5.2 Geográfica ....................................................................................................................................18 6. OBJETIVOS ..................................................................................................................... 20 6.1 Objetivo general...........................................................................................................................20 6.2 Objetivos específicos ..................................................................................................................20 7. ANTECEDENTES............................................................................................................ 21 8. JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................. 24 9. MARCO TEÓRICO.......................................................................................................... 25 9.1 Difusores empleados en el tratamiento de aguas.....................................................................26 9.1.1 Difusores de burbuja gruesa:............................................................................................. 26 9.1.2 Difusores de burbuja fina:................................................................................................. 27 9.2 Ensuciamiento de los difusores .................................................................................................28 9.3 Limpieza de difusores de membrana utilizadas en la industria del agua .............................30 9.4 Tratamientos de limpieza de membrana en difusores de burbuja fina .................................31 9.4.1 Limpieza física:................................................................................................................. 31 9.4.2 Limpieza química:............................................................................................................. 31 9.5 Limpieza de membranas con ultrasonido.................................................................................32 9.5.1 Antecedentes de limpieza de membranas con ultrasonido................................................ 32 10. METODOLOGÍA ............................................................................................................. 35 11. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ........................................................ 43 11.1 Análisis de las técnicas de limpieza en difusores de burbuja fina a escala 1:33.................43 11.1.1 Evaluación de la transferencia de oxígeno:....................................................................... 44 11.1.2 Evaluación de la presión de descarga (DWP):.................................................................. 46 11.1.3 Costos de operación – Banco de pruebas:......................................................................... 47 11.2 Simulación de limpieza a diferentes configuraciones de procesos de lodos activados......49 11.2.1 Evaluación de la transferencia de oxígeno:....................................................................... 49 11.2.2 Evaluación de los costos de operación.............................................................................. 52 12. CONCLUSIONES ............................................................................................................ 54 13. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.............................................................................. 56 14. ANEXOS .......................................................................................................................... 61 A. Implementación de limpieza de membranas de ultra y microfiltración con ultrasonido. ..61 B. Tipos de difusores empleados en el tratamiento de agua residual ........................................63 C. Características de difusores disponibles en el mercado por diferentes fabricantes............64 D. Limpieza química en difusores de membrana tubulares (Jiang et al., 2020).......................65 E. Ecuaciones de aireación..............................................................................................................66 F. Estructuración de difusores de burbuja fina a escala 1:33 .....................................................67 G. Hoja de cálculo de la aplicación de resultados a diferentes configuraciones de procesos de lodos activados.............................................................................................................................67

Aeration is the main consumer of electricity in municipal wastewater treatment, present in certain biological processes, such as activated sludge, which demand between 50-70% of the energy costs necessary for wastewater treatment. Therefore, in order to achieve high efficiency of oxygen transfer in the Aerobic biological treatments, fine bubble diffusers are commonly used. The performance of fine bubble diffuser membranes is affected by fouling, which comprises the accumulation of suspended or dissolved substances on their surface and / or within their pores, causing increased operating costs associated with air conditioning systems. aeration. In order to mitigate fouling in the industry of the wastewater treatment, different conventional cleaning techniques are used that bring with them disadvantages. The present work evaluates the conventional cleaning technique by adding chemical agents and cleaning with ultrasound, the latter being a novel technique to remove dirt in fine bubble diffusers; from the point of view of discharge pressure, operating costs, efficiency and oxygen transfer under standard conditions. The Results show that the application of cleaning techniques partially recovers the oxygen transfer in the diffuser membranes and reduces operating costs, concluding that, among the three cleaning techniques evaluated, ultrasound is the one that presents the best results.

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