Ventajas del uso de oxígeno en la industria conservera
Hemos dejado atrás las fiestas navideñas y ya estamos de vuelta: ¡comenzamos con el primer artículo técnico del 2018! En esta ocasión, Miguel Asensio, experto en Tratamiento de aguas de Nippon Gases, nos contará todo sobre la industria conservera, un sector en el que los consumos de agua son elevados.
Son muchas las operaciones de limpieza y de elaboración en las que se consumen o utilizan grandes cantidades de agua, es decir, la mayor parte del agua de captación que se utiliza en el proceso de producción acaba como corriente de agua residual. Dependiendo del tipo de producto a elaborar (patata, guisante, remolacha, maíz, legumbre, tomate, etc.), nos podemos encontrar consumos específicos de entre 10 y 35 m3 de agua por tonelada producida.
Estas aguas residuales, además, se caracterizan principalmente por tener un alto contenido en DQO y DBO5 consecuencia de la alta presencia de almidones disueltos que les proporciona una alta biodegradabilidad del vertido.
Por ello, uno de los problemas que se presentan en estos vertidos es la gran variabilidad de los mismos. Van asociados al tipo y cantidad de producto que se produce, según la época del año, no sólo de una planta a otra, sino que también en una misma fábrica puede existir una gran diferencia de carga contaminante, puesto que las producciones son estacionales y en ocasiones se entrelazan unas con otras modificando sus características continuamente.
Esta heterogeneidad en las cargas contaminantes penalizan directamente en los rendimientos de depuración ya que, o bien las condiciones de diseño son limitadas, o si no, se obliga a trabajar con elevados costes de explotación para compensar la falta de flexibilidad del proceso.
El siguiente artículo explica cómo todos estos factores y limitaciones hacen que el uso del oxígeno puro en las depuradoras de este tipo de vertidos conlleve una serie de beneficios tanto a nivel de proceso como en el ahorro de futuras inversiones en un tiempo de mínimo de puesta en marcha.
Principales problemas y casuística en depuración de aguas residuales en la industria conservera
Las condiciones de diseño de las EDAR se calculan a su vez con unas condiciones medias de vertido y se suele otorgar un margen de seguridad en función de las condiciones punta de caudales y concentraciones de contaminante para que hidráulicamente sean capaces de trabajar de una forma óptima de proceso.
Las deficiencias, por tanto, (si están bien diseñadas las plantas) no suelen ser por HRT ya que suelen tener un volumen superior al estrictamente necesario, sino por no poder trabajar el “día a día” con la flexibilidad de proceso que requiere, debido a la gran variabilidad en las condiciones del vertido de entrada a la depuradora lo que provoca alteraciones en múltiples factores de proceso, llegando a incumplir los parámetros finales de salida durante esa época estacional dependiendo del tipo y cantidad de producto a elaborar y/o sufriendo aumentos abusivos en los costes de explotación tanto de reactivo químico como de energía en los equipos de aireación convencionales.
Además, las consecuencias a nivel de proceso de las diferentes cargas de entrada asociadas a la heterogeneidad del proceso productivo ni se originan ni se solucionan en un espacio temporal que tenga una relación lineal con la producción, es decir, los tiempos de respuesta ante esta situaciones se suelen dar cuando las consecuencias son difíciles de solventar en un corto periodo por lo que el carácter preventivo y el óptimo control de los factores de proceso es clave en los rendimientos y ajustes de costes de explotación.
A continuación, vamos a describir cuáles son las principales dificultades tanto a nivel de proceso como económico que se producen durante los episodios de aumento o descenso brusco de las condiciones de entrada del vertido a la depuradora (heterogeneidad de carga) y cómo las diferentes soluciones y servicios de Nippon Gases otorgan la flexibilidad y el tiempo de respuesta apropiado a cada situación descrita:
- Olores y ajustes de pH en balsa de homogeneización (BH): debido a la presencia de almidones y a la rápida biodegradabilidad del vertido así como a diferencias notables en los caudales y por tanto en la lámina (altura) del vertido en estas balsas que consecuenta una demanda elevada de oxígeno disuelto y descensos bruscos de pH, generando condiciones anaeróbicas, procesos de fermentación y compuestos sulfhídricos (principal causa de los olores),además produce una desestabilización del proceso y de rendimientos de depuración en las etapas posteriores lo que provoca un aumentos del coste de reactivo químico en el tratamiento primario y de costes energéticos en el tratamiento biológico posterior.
Para ello Nippon Gases dispone de equipos y control (AQSCAN®) en la dosificación de oxígeno puro que eleva la OUR a las necesidades demandadas y se transforma la BH en un pre-biológico, lo que permite flexibilizar el proceso, aprovechar la rápida degradación del vertido y no sufrir el aumento de carga en tratamientos posteriores y ajustar los consumos de reactivo químico y energéticos de los equipos de aireación para los cuales fueron diseñados. - Incumplimiento en los parámetros de vertido: ya sea por problemas de decantación o desestabilización en la concentración de los SSVLM del reactor biológico debido a esa variabilidad de carga, lo que provoca una inadecuada F/M y SRT y tener que trabajar con altas OUR (principal factor limitante de los equipos de aireación convencionales) y una desestabilización en la relación de nutrientes con la materia orgánica, lo que se traduce en un altísimo coste energético y que por encima de 1500 mgO2/m3d de velocidad de transferencia de oxígeno (OTR), los equipos de aireación no son capaces de suministrar.
Como se ha mencionado en artículos anteriores, 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 o aireación son capaces de suministrar al sistema. Estos 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 cálculo de la OTR y los factores que afectan a su valor se expresan de la siguiente forma:
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, numero y tamaño de la burbuja….etc). 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 energético), en función de ello, comparativamente se puede 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, 1500 frente a valores por encima de 6000 mgO2/m3d que se consigue con oxígeno).
- Altos costes de explotación: incrementando considerablemente los costes energéticos en el proceso biológico y los costes de reactivo químico tanto en la gestión de los fangos (floculante) como en el tratamiento primario (coagulante y floculante). Al no poder disponer de un correcto equilibrio biológico por falta de flexibilidad en el proceso (llegando incluso a provocar bulking filamentoso) al no llegar a la OTR requerida y a una desestabilización tanto de los fangos como de los nutrientes. Además, éste aumento de costes no garantiza la óptima operación del proceso tal y como se ha explicado en el párrafo anterior.
Por tanto, mediante el uso de oxígeno puro en BH y/o reactor biológico que sustituya y/o complemente los sistemas de aireación existentes y el control de proceso realizado con AQSCAN®, así como la posibilidad del servicio AQXPRESS®, AQSIM® y AQLAB® , Nippon Gases ajusta las condiciones de proceso a las cargas a eliminar, elevando los rendimientos de depuración y otorgando a la EDAR la flexibilidad necesaria para asumir esa variabilidad de caudales y concentraciones del vertido a la vez que permite controlar los costes ajustándolos al escenario que la producción estacional requiera, sin necesidad de realizar nuevas inversiones en la depuradora.
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