Evaluación del efecto de la tecnología empleada en la medición de oxígeno disuelto durante la estimación de parámetros asociados a la eficiencia de la transferencia de oxígeno.

Los procesos de lodos activados para el tratamiento de aguas residuales emplean sistemas de aireación para suministrar el oxígeno necesario en los procesos aeróbicos de degradación de la materia orgánica. Los sistemas de aireación sumergida están compuestos por sopladores, tuberías para conducción, diferentes elementos para monitoreo y control así como elementos difusores. Dentro de los costos de operación de una planta de tratamiento de agua residual, el rubro asociado al suministro de energía para la operación del sistema de aireación representa un porcentaje significativo, diferentes autores coinciden al afirmar que estos costos están entre el 50% y el 80% de los costos operativos (Stenstrom, Hwang, et al., 1981; US EPA, 1989; DWA, 1996; Metcalf & Eddy, Tchobanoglous, et al., 2013). Diferentes desarrollos alrededor de la aireación para procesos de tratamiento de agua residual se dieron décadas atrás, no solo se estandarizaron parámetros que permiten evaluar la eficiencia de la transferencia de oxigeno sino que se establecieron protocolos para su medición y se identificaron limitaciones a su aplicabilidad (Philichi and Stenstrom, 1989), (American Society of Civil Engineers, 2007). Ante la necesidad de optimizar los procesos de transferencia de oxígeno en procesos de tratamiento de aguas residuales hoy en día están disponibles en el mercado difusores de burbuja fina construidos en diferentes formas (disco, tubular, tabloide) y materiales o recubrimientos (poliuretano, silicona, teflón). Así mismo las tecnologías para la medición de oxígeno disuelto han incorporado avances en la construcción y en los principios de medición de estos instrumentos. Hoy en día están disponibles comercialmente sensores con principios de medición óptica y polarográfica, cada uno de ellos tiene ventajas y desventajas en aspectos relacionados con tiempo de respuesta y necesidad de mantenimiento. Según los fabricantes el tiempo de respuesta típico de las sondas polarográficas cuando se usan membranas de alta sensibilidad es de aproximadamente 8 segundos, en sondas ópticas el tiempo de respuesta es cercano a 40 segundos (YSI Incorporated, 2009). Los difusores son flexibles en relación con el caudal de aire al que pueden ser operados, en función del material y la forma del difusor los fabricantes establecen los rangos de operación recomendados. Cada condición de operación (tipo de difusor y caudal) es representada por un Kla, esta relación no es lineal dado que el tamaño del poro en el difusor, tamaño medio de la burbuja generada, presión parcial del gas y turbulencia en el tanque varía en función del caudal de aire (Jenkins, 2013). En términos generales la trasferencia de oxígeno al agua es alta a caudales de aire altos, sin embargo, desde el punto de vista de eficiencia energética esta no es la condición óptima, burbujas grandes están asociadas con bajos coeficientes volumétricos de área. La velocidad a la que se trasfiere el oxígeno al agua en un instante determinado depende de la concentración de saturación del oxígeno en el agua (influenciada por la presión atmosférica y temperatura entre otros) y de la concentración del oxígeno disuelto en el agua. Considerando los sensores y difusores disponibles en el mercado resulta relevante evaluar la aplicabilidad de diferentes tecnologías a las eficiencias de trasferencia ofrecidas por los fabricantes. Durante la evaluación de la transferencia de oxigeno una combinación de difusores de alta eficiencia con sensores para la medición de oxígeno disuelto con un bajo tiempo de respuesta puede resultar en una combinación equivocada. Con la amplia gama de alternativas para la medición de oxígeno disuelto la condición en la que un determinado sensor puede ser aplicable a una condición particular de trasferencia de oxigeno no está clara. Además de los desarrollos mencionados existen velocímetros Doopler que permiten capturar información de los diferentes componentes de velocidad en un punto específico dentro de un fluido, en los sistemas de lodos activados es evidente (desde la observación) una relación entre el caudal de aire suministrado al reactor aeróbico y las condiciones de flujo que se presentan, en el proceso entendimiento de los fenómenos asociados a la trasferencia de oxigeno resulta de interés la evaluación de estas tecnologías como una fuente de información complementaria. La presente investigación pretende dar respuesta a preguntas como: ¿Cuál es la relación que existe entre los componentes de velocidad y los parámetros asociados a la transferencia de oxígeno en agua limpia?, ¿A partir del tiempo de respuesta de la sonda de oxígeno disuelto es viable establecer criterios de aplicabilidad para obtener mediciones representativas en función de los componentes de velocidad, caudales de aire o los parámetros asociaos a la transferencia de oxígeno en agua limpia?, ¿Cuál es la relación que existe entre los componentes de velocidad asociados a diferentes tipos de difusores operados en caudal de aire equivalentes?, ¿Cuál es la relación que existe entre la transferencia de oxígeno y caudales de aire medios, bajos y altos para diferentes tipos de difusores?. ¿A caudales de aire bajos es viable emplear sensores de oxígeno disuelto con bajos tiempos de respuesta sin sacrificar la representatividad de los parámetros asociados a la trasferencia de oxigeno?