Generadores de oxígeno para el tratamiento de aguas residuales: oxígeno disuelto, pureza y caudal
La aireación es el mayor consumo eléctrico de la mayoría de las plantas de tratamiento, y funciona las veinticuatro horas. OXYBERG® produce oxígeno en su propia planta a partir de aire comprimido, con la pureza que usted ajusta, de modo que las puntas de carga se cubran con gas y no con una soplante de la que no dispone. Esta página recorre lo que una planta necesita realmente, para que un generador de oxígeno para el tratamiento de aguas residuales se dimensione a partir de sus datos de carga y no de un catálogo.
Qué aporta el oxígeno al tratamiento de aguas residuales
La etapa biológica vive de bacterias que degradan la carga orgánica y consumen oxígeno al hacerlo. Ese oxígeno llega normalmente como aire ambiente, impulsado a los difusores por soplantes que no se detienen nunca. Funciona, y para la carga base es la respuesta correcta en la mayoría de las plantas.
Donde el aire no llega es en la parte alta del rango. El aire contiene alrededor de un 21 % de oxígeno; las cuatro quintas partes restantes se comprimen, se insuflan en el tanque y se liberan de nuevo sin aportar nada. El oxígeno puro no cambia el volumen sino la fuerza impulsora. Una presión parcial mayor en la burbuja aumenta el gradiente hacia el agua, de modo que la misma cantidad disuelta entra con un caudal de gas mucho menor. Eso cuenta cuando el tanque, la soplante o la instalación eléctrica ya no tienen margen.
Tres puntos de una planta lo aprovechan. La aireación, donde el oxígeno complementa o sustituye al aire de la soplante en la etapa biológica. Las puntas de carga, cuando un vertido industrial, un episodio de lluvia o una oscilación estacional lleva la demanda por encima de lo que la aireación instalada puede entregar. Y la red de saneamiento, donde el oxígeno se inyecta en las conducciones de impulsión y en las estaciones de bombeo para mantener condiciones aerobias y evitar la formación de sulfuro de hidrógeno antes de que el agua llegue siquiera a la planta. El ozono es un cuarto uso y se diferencia lo suficiente como para tener su propia sección más abajo.
Un generador PSA obtiene el gas haciendo pasar aire comprimido por un tamiz molecular que retiene el nitrógeno y deja pasar el oxígeno, mientras la segunda columna se regenera. El proceso en sí se explica en la página del generador de oxígeno PSA.
Oxígeno disuelto en el tanque, no pureza en el generador
Nadie que explote una planta vigila la pureza del gas. Lo que se vigila es el oxígeno disuelto en el tanque de aireación, y el rango de trabajo se sitúa allí normalmente entre 1 y 3 mg/L. Por debajo, la nitrificación se ralentiza y los valores de vertido se mueven en la dirección equivocada; por encima, la planta paga oxígeno que las bacterias no usan. Entre el generador y ese valor se interponen cuatro cosas, y solo la primera es una especificación de gas.
La pureza en el generador
Fija lo que hay disponible para transferir, y nada más. Es la más fácil de cambiar de las cuatro y normalmente la menos determinante.
El sistema de transferencia
Tipo de difusor, profundidad de instalación, tamaño de burbuja y geometría del tanque deciden qué parte del oxígeno ofrecido entra realmente en disolución. En la mayoría de las plantas es el término más pesado de la ecuación, y quedó fijado cuando se construyó el tanque.
La carga y la temperatura
Una punta de carga consume el oxígeno disuelto más rápido de lo que puede reponerse, y el agua caliente retiene menos con la misma aportación. El verano y la hora de vertido más fuerte suelen coincidir.
El control
El regulador de oxígeno disuelto mantiene la consigna, pero solo puede mantener lo que la planta es capaz de entregar. En cuanto la aireación llega a su límite, al regulador no le queda nada que dar.
El orden útil va por tanto al revés del habitual: parta de la carga y de la consigna que tiene que mantener, determine qué consigue introducir su sistema de transferencia, y solo entonces decida qué debe salir del generador.
Qué pureza de oxígeno necesita una planta de tratamiento
Para la aireación basta con la parte baja del rango. Entre el 90 % y el 93 % el gas ha superado con creces el punto en que la presión parcial es limitante, y subir más no hace que las bacterias trabajen más rápido. La generación de ozono es la excepción y tiene requisitos propios, tratados más abajo.
| Pureza | Para qué se usa | Caudal de un OXYBERG® 1500 |
|---|---|---|
| 90 % | Aireación, cobertura de puntas, red de saneamiento | 44,6 Nm³/h |
| 92 % | Aireación con una especificación algo más estricta | 43,1 Nm³/h |
| 93 % | Aireación y uso general de planta | 41,6 Nm³/h |
| 94 % | Cuando un proceso posterior lo exige | 40,5 Nm³/h |
| 95 % | Techo de la gama OXYBERG® | 39,1 Nm³/h |
Aquí el equilibrio funciona de otra manera que en un generador de nitrógeno, y merece precisarse. En una máquina de nitrógeno la pureza gobierna el consumo de aire comprimido, y pedir una calidad demasiado alta duplica el compresor. En OXYBERG® el factor aire vale 11 en todas las purezas del rango. El aire comprimido por metro cúbico de oxígeno no se mueve en absoluto.
Lo que sí se mueve es el caudal, y más de lo que asumen la mayoría de las especificaciones. En toda la gama, una máquina entrega entre un 10 y un 40 % más de oxígeno al 90 % que al 95 %, y la ganancia es mayor en los tamaños pequeños: el 1500 de la tabla gana un 14 %, un OXYBERG® 500 gana un 40 %. La pregunta no es entonces qué cuesta en aire una pureza más alta, porque la respuesta es: nada. Es cuánta capacidad regala al pedir una calidad que el tanque no puede aprovechar.
Cuándo un tanque alquilado deja de ser la respuesta más barata
Un tanque de oxígeno líquido es una buena respuesta a un problema concreto. Falla una soplante, un tanque sale a rehabilitación, hay que absorber una carga inusual. El tanque se organiza rápido, no exige aprobación de inversión, y termina cuando termina el episodio. Para esa situación no hay nada que se le acerque.
El cuadro cambia cuando el episodio deja de serlo. Si las puntas vuelven cada verano, cada vez que un vertido industrial concreto lanza una campaña o con cada lluvia fuerte, el alquiler sigue corriendo también entremedias, la cláusula de revisión de precio sigue aplicándose, las pérdidas por evaporación continúan cada noche, y el calendario de entrega que decide cuándo está lleno el tanque no es suyo. A partir de ahí la planta paga de forma permanente por algo diseñado para lo excepcional. Frente al suministro de gas licuado, un generador PSA de Berg se amortiza normalmente en dos o tres años.
La otra comparación que merece la pena es con más capacidad de soplante. Si el tanque, la parrilla de difusores y la instalación eléctrica lo admiten, más aire suele ser el camino directo, y no hay razón para argumentar en contra. El oxígeno pasa a ser la respuesta cuando alguno de esos tres ya no tiene margen, que es la situación habitual en una planta ampliada repetidamente sobre el mismo terreno.
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Cuánto oxígeno necesita su planta de tratamiento
Parta de la carga, no del tanque
La carga de DBO y DQO más la demanda de nitrificación determinan cuánto oxígeno necesita la biología. El volumen del tanque informa del tiempo de retención, no de la demanda de oxígeno, y dos plantas con el mismo tanque pueden quedar muy separadas. Tome los valores de sus propios registros de explotación y no de un valor de diseño que nadie ha revisado desde la puesta en marcha.
Decida carga base o punta
El enriquecimiento continuo y la cobertura de puntas ocasionales son dos máquinas distintas. Esta única decisión desplaza el tamaño más que cualquier otra cosa de la especificación, y es la que con más frecuencia queda abierta en una consulta.
Deduzca la pureza del uso
La aireación se sitúa en la parte baja del rango. La generación de ozono tiene requisitos propios. La tabla anterior es el punto de partida.
Compruebe el aire comprimido
El caudal multiplicado por el factor aire de 11 da la demanda, y como el factor no cambia con la pureza, el cálculo es una sola multiplicación. La calidad cuenta tanto como la cantidad: los arrastres de aceite y la humedad residual acortan la vida del tamiz, así que el secador no es el sitio donde ahorrar. OXYBERG® requiere aire comprimido conforme a ISO 8573-1:2010 clase 1.4.1 a 7 bar(g).
Generadores de oxígeno OXYBERG® para servicio de aireación
OXYBERG® abarca 18 tamaños en total, listados por completo en el resumen de generadores de oxígeno. La selección siguiente cubre el rango en el que se sitúan la mayoría de las plantas, en las dos purezas que importan para la aireación.
| Modelo | O₂ al 90 % | O₂ al 93 % | Aire comprimido al 90 % |
|---|---|---|---|
| OXYBERG® 500 | 2,1 Nm³/h | 1,7 Nm³/h | 23,1 Nm³/h |
| OXYBERG® 900 | 9,2 Nm³/h | 8,2 Nm³/h | 101,2 Nm³/h |
| OXYBERG® 1200 | 18,9 Nm³/h | 17,4 Nm³/h | 207,9 Nm³/h |
| OXYBERG® 1500 | 44,6 Nm³/h | 41,6 Nm³/h | 490,6 Nm³/h |
| OXYBERG® 1700 | 65,8 Nm³/h | 62,1 Nm³/h | 723,8 Nm³/h |
| OXYBERG® 2000 | 131,6 Nm³/h | 124,2 Nm³/h | 1.447,6 Nm³/h |
| OXYBERG® 4000 | 197,4 Nm³/h | 186,3 Nm³/h | 2.171,4 Nm³/h |
Qué tamaño encaja depende de si el oxígeno lleva la carga base o cubre puntas, y no del tamaño de la planta. Una instalación que solo necesita apoyo en los meses de mayor carga queda varios tamaños por debajo de otra que enriquece de forma continua con la misma capacidad.
Donde no hay aire comprimido adecuado en planta, el generador se proyecta como instalación completa y no como máquina suelta: estación de compresores, tratamiento de aire, depósito pulmón, generador y almacenamiento de oxígeno, dimensionados como una sola cadena y procedentes de una única fuente dentro del BERG Group. La página de la planta de oxígeno PSA recoge esa configuración. Los conjuntos generadores estándar NITROBERG® y OXYBERG® aplicables cuentan con evaluación de conformidad conforme a la PED 2014/68/EU mediante los módulos B y D. La ingeniería y la fabricación son Made in Germany.
Oxígeno para la generación de ozono en plantas de tratamiento
El ozono cumple en aguas residuales una función distinta que en agua potable. Aquí sirve para degradar la DQO a la que la biología no llega y para atacar microcontaminantes que atraviesan una planta convencional sin sufrir cambios. Colocado antes de una etapa biológica, puede además hacer accesibles a las bacterias posteriores compuestos difíciles de degradar. A medida que los requisitos de vertido se endurecen y los microcontaminantes ganan peso, esta es la parte de la planta con más probabilidades de crecer, y consume oxígeno de forma continua una vez construida.
Un generador de ozono no funciona con aire. Necesita gas de alimentación limpio y seco, porque alimentarlo con aire reduce marcadamente el rendimiento de ozono y produce óxidos de nitrógeno como subproducto. Por eso delante de toda etapa de ozonización de cierto tamaño hay un suministro de oxígeno, y es ese suministro, y no el generador de ozono, el que se convierte en el coste de explotación permanente. Los requisitos de pureza y punto de rocío difieren entre sistemas de ozonización, de modo que el suministro de oxígeno se dimensiona sobre la especificación del generador al que alimenta y no sobre un valor estándar.
El ozono empleado para desinfección, decoloración y corrección de sabor y olor pertenece a otro proceso. Ese lado está en la página sobre oxígeno para el tratamiento de agua potable y de proceso.
Qué necesita un generador de oxígeno en planta
| Parámetro | Valor |
|---|---|
| Presión de servicio | 10 bar |
| Presión de entrada de aire comprimido | 7 bar(g) |
| Calidad del aire comprimido | ISO 8573-1:2010 clase 1.4.1 |
| Nivel sonoro | 55 a 78 dB(A) |
| Temperatura ambiente | +5 °C a +40 °C |
La calidad del aire comprimido es un requisito sobre su red y no una propiedad del generador, y es el punto que más se subestima. El aceite y la humedad que llegan al tamiz acortan su vida, y ese coste aparece años después como caudal que baja, no como avería.
Un depósito pulmón entra en el proyecto aunque la demanda media parezca cómoda, porque las plantas de tratamiento no consumen de forma uniforme. La punta de carga de la mañana, un episodio de tormenta y las primeras horas tras devolver un tanque al servicio exigen más que la media diaria, y el pulmón cubre eso para que el generador no tenga que dimensionarse sobre ello. Cuánta reserva mantenga más allá forma parte de su propia organización de explotación, y conviene resolverlo mientras un pulmón mayor todavía es barato de añadir.
Fabricado en Alemania, con repuestos estándar en el servicio
Berg desarrolla y construye los generadores en su propia planta. La ingeniería y la fabricación son Made in Germany. Eso cuenta menos como etiqueta que como hecho práctico: los planos, el montaje y las personas que dimensionaron su configuración están en un mismo sitio, de modo que una pregunta técnica llega a alguien que puede responderla en lugar de a alguien que tiene que trasladarla.
Una vez en marcha la instalación, el acompañamiento llega a través de una red mundial de socios de servicio con línea directa a Alemania. Las piezas de desgaste son componentes estándar del mercado libre, lo que mantiene el servicio en competencia durante toda la vida de la máquina. En una instalación que debe funcionar durante décadas y mantener sus valores de vertido mientras lo hace, eso suele pesar más que la diferencia en el precio de compra. La garantía corre tres años y hasta cinco años con contrato de servicio.
FAQ: generadores de oxígeno en el tratamiento de aguas residuales
En cuatro puntos. En la etapa biológica complementa o sustituye al aire de la soplante, para que las bacterias que degradan la carga orgánica tengan con qué trabajar. Como cobertura de puntas absorbe picos de carga que la aireación instalada no puede seguir, procedentes de vertidos industriales, episodios de lluvia u oscilaciones estacionales. En la red de saneamiento se inyecta en conducciones de impulsión y estaciones de bombeo para mantener condiciones aerobias y evitar la formación de sulfuro de hidrógeno. Y sirve como gas de alimentación para la generación de ozono, empleado contra la DQO y los microcontaminantes.
El aire es alrededor de un 21 % oxígeno; el resto se comprime, se insufla en el tanque y se libera de nuevo sin aportar nada. El oxígeno al 90 o 95 % eleva la presión parcial en la burbuja, lo que aumenta la fuerza impulsora hacia el agua, y la misma cantidad disuelta entra con un caudal de gas mucho menor. No es un argumento para sustituir soplantes que funcionan. Es un argumento para las situaciones en las que el tanque, la parrilla de difusores o la instalación eléctrica ya no tienen margen y no se puede conseguir más aire.
Lo habitual es de 1 a 3 mg/L en el tanque de aireación. Por debajo, la nitrificación se ralentiza y los valores de vertido se resienten; por encima, la planta suministra oxígeno que la biología no utiliza. El valor correcto dentro de esa banda depende de su carga, su temperatura y su proceso, y conviene tomarlo de los propios registros antes que de una regla general, porque la misma consigna no se comporta igual en febrero que en agosto.
Se deduce de la carga y no del tamaño de la planta. La carga de DBO y DQO más la demanda de nitrificación fijan el requisito, y dos plantas con volúmenes de tanque idénticos pueden necesitar cantidades muy distintas. La segunda pregunta cuenta tanto como la primera: si el oxígeno lleva la carga base de forma continua o solo cubre puntas. Esa decisión desplaza el tamaño de la máquina más que ninguna otra, y es la que con más frecuencia queda abierta cuando llega una consulta.
Entre el 90 % y el 93 % en operación normal. Por encima, las bacterias no ganan nada, porque la presión parcial dejó hace tiempo de ser el factor limitante. A diferencia de un generador de nitrógeno, pedir aquí más pureza no cuesta aire comprimido: el factor aire de OXYBERG® vale 11 en cualquier calidad del rango. Lo que cuesta es capacidad. La misma máquina entrega entre un 10 y un 40 % más de oxígeno al 90 % que al 95 %, y la ganancia es mayor en los tamaños pequeños.
Multiplique su caudal de oxígeno por 11 y tiene la demanda, en cualquier pureza del rango. Ese es todo el cálculo, y puede hacerse antes de que nadie oferte equipo. La calidad del aire cuenta tanto como el volumen, porque de ella depende la vida del tamiz, y un secador subdimensionado es un error más caro que un compresor algo justo. OXYBERG® requiere aire comprimido conforme a ISO 8573-1:2010 clase 1.4.1.
El depósito pulmón lleva la planta a través de interrupciones cortas, y esa es una de las razones por las que pertenece al diseño y no a la lista de opciones. Más allá de eso, cuánta reserva mantenga es una decisión de explotación que depende de su carga, sus valores de vertido y lo que costaría un incumplimiento. Conviene resolverla en la fase de diseño, mientras un pulmón mayor o un respaldo en botellas todavía es barato de añadir.
El generador mide la pureza del oxígeno de forma continua con un analizador de circonio y muestra el valor en el HMI, junto con una curva de tendencia del proceso en marcha. Los valores de sensor y las horas de funcionamiento pasan a un almacenamiento de larga duración para su análisis posterior, y las alarmas llevan marca de tiempo con pista de auditoría completa, de modo que una desviación y su confirmación siguen siendo trazables mucho después del turno que las produjo. Para una planta que debe acreditar ante su autoridad de control un funcionamiento regular, ese registro se sitúa junto a los propios datos de proceso de la instalación en lugar de llegar por separado con una entrega.