AIREACIÓN

Patricia Mery Camposano

 Aireación  Aireación Su objetivo es mejorar las características físicas y químicas del agua, mediante un intercambio de gases y sustancias volátiles con el aire u otra atmósfera especial. Los objetivos específicos son: a) Remoción de olores y sabores debido a algas u otros organismos. b) Descomposición de la materia orgánica. c) Oxidación de Fierro y Manganeso. d) Remoción de gases disueltos:   Anhídrido Carbónico ( CO 2  ). Su eliminación aumenta el pH del agua y la torna menos corrosiva. Si la concentración es inferior a 10 mg/l puede ser más barato neutralizar con cal. Acido Sulfhídrico ( H2S ). Su presencia pr esencia provoca olor a huevos podrido. Cloro (Cl2) proveniente de una precloración excesiva. Anhídrido Sulfuroso ( SO2 ) empleado en la decloración. e) Adición de Gases: Oxígeno: mejora el sabor, oxida la materia orgánica orgánica y el Fierro y Manganeso. Manganeso. Ozono empleado empleado como oxidante en desinfección. 

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Métodos de aeración:

a) Aireación natural: Se efectúa a través del contacto del agua con el aire en ríos, lagos, canales, etc. Esta aumenta con la turbulencia. b) Aireación Artificial: Existen diferentes tipo de aeradores. i) Aireadores Gravitacionales de Cascada:  El agua escurre sobre bandejas circulares o escaleras.

En general tienen un buen rendimiento y los costos de construcción y explotación son bajos. Son de poca o ninguna utilidad en reducir olores debido a algas, pero remueven CO2 de un 20 a 45%. La atura necesaria varía entre 1 a 3 m. los problemas de operación más usuales son corrosión y crecimiento de algas ii) Parrillas y Planchas Perforadas con o sin material de contacto   (Coke, Carbón Piedra, Piedra

Caliza, Pirolusita, etc. ) iii) Aireadores de Corriente Forzada:   Consisten en una serie de bandejas o parrillas perforadas

ordenadas en forma vertical, a través de las cuales circula el agua en forma gravitacional. A contrasentido se hace circular un flujo de aire el cual es inyectado por la parte inferior del aireador. Con este tipo de aireadores se han logrado remociones de CO 2  del orden del 90% . Presenta problemas de corrosión y crecimiento de algas, los cuales pueden ser solucionados utilizando materiales resistentes a la corrosión (acero inoxidable, aluminio, maderas resistentes a la putrefacción, concreto ) y cloración. iv) Aireadores de Inyección o Difusión:   En general consisten en un estanque rectangular de

concreto al cual se le inyecta aire a través de tubos perforados, difusores porosos u de otro tipo que se disponen en el fondo. Su alto rendimiento los hace recomendables a pesar del consumo de energía. v) Aireadores de Spray:  Consisten en una cañería perforada o con boquillas las cuales pueden

dirigir el chorro de agua en una dirección determinada. En general son muy eficientes respecto a la adición de oxígeno y remoción de CO 2 .

Ariadores de Cascada

Parrillas y Planchas Perforadas con o sin material de contacto

Aireadores de Corriente Forzada

Aireadores de Inyección o Difusión

Aireadores de Spray

Teoría de la Aireación Existen varias teorías que han sido propuestas para el mecanismo de transferencia de oxígeno en el agua. Estas teorías son ampliamente utilizadas al modelar la cinética de la de oxígeno. De manera interesante, las formas más sencillas han probado ser efectivas en el diseño de aireación, cediendo resultados cercanos a modelos más complejos y que, por lo general, proporcionan predicciones equivalentes de transferencia de oxígeno. La primera Ley de Fick describe la tasa de movimiento de gas dentro de un líquido. Esta relación describe la tasa de transferencia de masa como directamente proporcional al gradiente de la concentración. Esto se expresa de la manera siguiente: dm/dt = Dm A dC/dt En que: dm/dt Dm  A dC/dt

:Tasa de transferencia de masa en gramos por segundo (g/s), :Constante de difusión molecular (o coeficiente) del gas en (cm2/s), :Área a través de la cual ocurre la transferencia (cm2), y :Gradiente de concentración del gas.

Uno de los modelos iniciales para la transferencia de gas sugiere que existen dos películas laminares de gas y líquido en la interfase que existe entre dos fases. Este modelo se conoce como el “modelo de dos películas”,  o modelo de Lewis y Whitman. El gas se moviliza por difusión molecular a través de la película líquida y se distribuye por difusión turbulenta a través del líquido. El modelo de dos películas para la transferencia de oxígeno describe la tasa de transferencia de la manera siguiente: dm/dt/A = Dm × (Cs-C) / Lf En que: dm/dt/A Cs Lf C

: Tasa de transferencia por unidad de área, : Concentración de saturación de gas, : Grosor de la película líquida, y : Concentración de gas

El modelo básico de transferencia de oxígeno, utilizado para determinar el tamaño de los sistemas de aireación, está basado en el modelo de Lewis y Whitman. dC/dt = KLa (Cs -C) C = Cs - (Cs  – CO) exp (-KLa × t) En que: C : Concentración de oxígeno disuelto (OD) (mg/L), Cs : Concentración de equilibrio de OD que se logra cuando el tiempo se acerca al infinito, CO : Concentración de OD en el tiempo cero, KLa : Transferencia de masa o coeficiente de re-aireación (h-1) definido como la tasa de transferencia de masa por unidad de volumen dividida entre el gradiente diferencial de concentración (Cs  – CO), y T : Tiempo en horas (h).

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Las ecuaciones anteriores indican que:  –

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La tasa de transferencia de gases para cualquier tiempo t es proporcional a la diferencia entre la concentración de saturación Cs y la concentración del gas en el agua. La tasa de transferencia es directamente proporcional a la relación del área de contacto entre la fase gaseosa y la fase líquida y la fase líquida con el volumen de la fase líquida

La tasa de transferencia es directamente proporcional al coeficiente de transferencia del gas La cantidad de gas transferido es mayor a medida que aumenta el tiempo de aireación La temperatura y la presión son factores importantes porque afectan los valores de Cs, de la difusividad y del coeficiente de transferencia del gas

Parámetros de Diseño •

Aireadores de Cascada

PARÁMETRO Tasa de Aireación Altura de caída se agua Altura de la cascada

VALOR 200 - 900 m3/m2/d 20  –  30 cm 1.5 - 5 m

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Aireadores de Bandejas

con o sin Material de Contacto PARÁMETRO

Tasa de Aireación  Número de Bandejas Separación entre Bandejas Altura total del Aireador  Diámetro de los orificios de distribución Espesor del lecho de contacto Granulometría del medio de contacto Eficiencia de remoción de CO2

VALOR 

300 - 1000 m3/m2/d >3 30 –  60 cm 1.5 - 3 m ¼”

20 cm ½”

- 2”

30 –  60%

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Aireadores de Spray

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Proporcionan una gran área superficial de aire  agua con un tiempo de exposición corto, 2 segundos o menos.  –

Exigen una gran presión y espacio. Trabajan a presiones entre 0.7 a 1.4 Kg/cm2 Remueven hasta un 90% de CO 2 La cantidad de agua y la presión depende del diseño de la boquilla y la presión a la cual trabaja Un buen diseño, con orificio de salida de 2,5 cm de diámetro entrega unos 0.3 m3/min a una altura de 2 m con una presión de 0.7 Kg/cm 2

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Aireadores de Inyección o Difusión  –

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Consisten en tanque de hormigón de 3 a 5 m de profundidad, 3 a 10 m de ancho y un largo suficiente para proporcionar un tiempo de retención del orden de los 5 a 30 min. El aire se entrega mediante utilizados en aguas servidas.

difusores similares a los

La cantidad de aire necesario varía entre los 0.4 a 1.5 m 3 /m3 de agua. Proporcionan un largo periodo de contacto, eliminan el problema de las heladas, se pueden utilizar combinado la mezcla y la floculación