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. | Pregrado

La investigación estuvo orientada a evaluar alternativas para la reducción del ensuciamiento de difusores de burbuja fina, en aplicaciones de humedales aireados para el tratamiento de agua residual. La experimentación se adelantó considerando el uso de material plástico como material de relleno del humedal construido. Inicialmente se adelantaron pruebas para verificar que el Papiro (Cyperus papyrus) se adapta y crece en el medio plástico, adicionalmente durante periodos de tiempo representativos (de dos a cinco meses en este caso) se evaluaron los cambios en la tasa de transferencia de oxígeno asociados al uso de diferentes materiales de relleno en el lecho de un humedal. Se usaron columnas que representan el lecho de un humedal aireado, diferentes materiales de relleno fueron evaluados (grava gruesa, grava fina, plástico). Las pruebas, en continuo, que se adelantaron con agua limpia y agua de proceso, permitieron identificar la relajación y ensuciamiento de las membranas. Los resultados obtenidos de las pruebas de trasferencia de oxígeno muestran que el ensuciamiento de la membrana del difusor de burbuja fina es diferente cuando se usa grava o plástico como material de relleno. El ensuciamiento con grava (ensuciamiento inorgánico) permanece después de cambiar la operación con agua residual a agua limpia, mientras que en el caso del plástico (sin ensuciamiento inorgánico) es evidente una recuperación de la tasa de transferencia de oxígeno después de cambiar la operación con agua residual a agua limpia. | The research was aimed at evaluating alternatives to reduce fouling of fine bubble diffusers, in aerated wetland applications for the treatment of residual water. The experimentation was carried out considering the use of plastic material as a material of constructed wetland fill. Initially, tests were carried out to verify that the Papyrus (Cyperus papyrus) adapts and grows in the plastic medium, additionally during Representative time periods (two to five months in this case) the changes in oxygen transfer rate associated with the use of different materials of fill in the bed of a wetland. Columns were used that represent the bed of a aerated wetland, different fill materials were evaluated (coarse gravel, gravel thin, plastic). The continuous tests, which were carried out with clean water and tap water, process, allowed the identification of relaxation and fouling of the membranes. The results obtained from the oxygen transfer tests show that the Fine bubble diffuser membrane fouling is different when using gravel or plastic as filling material. Gravel fouling (inorganic fouling) remains after changing operation with waste water to clean water, while In the case of plastic (without inorganic fouling) a recovery of the oxygen transfer rate after switching operation with wastewater to clean water. | Pregrado