SISTEMA DE GENERAR OXIGENO

Descripción del sistema

La forma más económica deproducir oxígeno para uso enprocesos de tratamiento deaguas negras es un sistemagenerador de oxígeno en sitio.Estos sistemas son seguros yhan estado produciendooxígeno económicamentepara instalaciones detratamiento de aguas negrascon capacidades de 4 a2.000 millones de litrosdiarios. Se implementan dostecnologías básicas paraseparar el oxigeno del aire.Los sistemas de absorcióngeneralmente se usan parainstalaciones de capacidadmediana. Los sistemascriogénicos se utilizan parainstalaciones de altacapacidad. In algunos casos,para pequeñas instalaciones,es posible que sea económico. Figura 1 - Esquemático del sistema PSA Schematic Diagram

Figura 2 - Instalación de un sistema PSA

Lotepro provee tres formasdistintas de producir oxígenoen sitio. El sistema PSA (laabreviación de Pressure SwingAdsorption), el sist ema VSA (laabreviación de Vacuum SwingAdsorption) y los sistemascriogénicos. La selección delsistema adecuado depende devarios factores como el espaciodisponible, la cantidad deoxígeno requerida, lasvariaciones de demandadiarias, y los costos de energíay servicios. A todos estossistemas se les puededisminuir la producción deoxígeno de acuerdo a lademanda, para ahorrar energíacuando las instalaciones queutilizan el oxígeno no operan amáxima capacidad.

El sistema PSA (la abreviaciónde Pressure Swing Adsorption)es un proceso cíclico depresión que consiste de variostanques que contienen elmaterial adsorbente selectivo(tamiz molecular) y un montajeel cual contiene las válvulas defluctuación. El sistema PSA seutiliza en sistemas de menosde 30 toneladas al día de

figura 1, aire a temperaturaambiente se comprime y entradentro del tanque que contieneel tamiz molecular. Estematerial actúa como un coladorque separa el oxígeno del airemolecularmente por un procesode adsorción que ocurresolamente a alta presión. Eladsorbente selectivamenteadsorbe las moléculas deagua (H2O), dioxido de carbono(CO2) y el nitrógeno (N2)dejando libre así oxígeno dealta pureza (típicamente 90%).Cuando el tamiz molecular sellena completamente comienzael ciclo de regeneración deladsorbente. Durante esteciclo, se reduce la presión enel tanque que lo contiene. Albajar la presión, las impurezas(dioxido de carbono, aire ynitrógeno) se desadhieren delmaterial adsorbente y seeliminan del sistema. Eltanque queda entoncespreparado para el próximo ciclode adsorción..

Ventajas del sistema

El sistema LINPOR es económico paraaumentar la capacidad de las unidadesexistentes o para instalaciones nuevas. Lacapacidad de plantas de biomasa activada sepuede aumentar casi al doble si se convierte elreactor al sistema LINPOR. Aguas negras quecontienen concentraciones menores decontaminantes orgánicos se pueden nitrificar sinnecesidad de clarificadores.

Instalaciones Existentes

Mas de 25 sistemas LINPOR han sido instaladospara tratamiento de aguas negras industriales ymunicipales. La mitad de ellas fueronconversiones de sistemas convencionales alsistema LINPOR. La figura 2 muestra unsistema LINPOR que se opera desde 1992.

Figura 2 - Instalación LINPOR en Freising, Alemania

Figura 1 - Esquemático del sistema LINPOR CN

EL SISTEMA LINPOR

El sistema LINPOR procesa la biomasaactivada en un tanque que contienecubos de espuma plástica. Los cubostienen una gran porosidad y sirven paratransportar la biomasa activa que residedentro sus poros. En instalacionestípicas, los cubos de espuma plásticaocupan de un 10 a un 30% del volumentotal del tanque de aireación. Los cubosde espuma plástica compenetrados de labiomasa (10 a 20 gramos por litro) seretienen dentro del tanque poralambrares especialmente diseñadospara filtrar el efluente y retener los cubos.Típicamente se usan difusores deburbuja pequeña para poder mezclar elcontenido del tanque mas eficientementey proveer el oxígeno requerido paramantener a los microorganismos vivos.

Hay tres clases de sistemas LINPOR. Laselección depende del tipo detratamiento necesario. El sistemaLINPOR C se usa para eliminarcontaminantes orgánicos; el sistemaLINPOR CN elimina contaminantesorgánicos y nitrógeno simultáneamente;

el sistema LINPOR N elimina elamoniaco por medio del proceso denitrificación.

Debido a que el proceso LINPOR Cpermite que se pueda operar el tanquede aireación con una concentración debiomasa de mas de 5.000 mg/l (libre yadherida a los cubos) y que también seadapta a tanques de casi cualquierforma geométrica es posible aumentarla capacidad de las plantasconvencionales si mayoresmodificaciones estructurales.

El sistema LINPOR CN esta diseñadopara operar con una concentraciónmenor de biomasa que en el sistemaLINPOR C. Eso requiere que el tanquetenga un periodo de residencia delliquido mas largo. Consecuentementeel proceso tiene el tiempo necesariopara completar el proceso denitrificación. Las condicionesoperativas adecuadas permiten que elproceso de denitrificación ocurra casicompletamente dentro de los poros delos cubos de espuma plástica. Si senecesita más denitrificación se puede

aislar una pequeña zona a la entrada deltanque de aireación (vea la figura 1).

El sistema LINPOR N elimina elamoniaco por medio del proceso denitrificación. Se utiliza para tratamientode aguas que contienen bajaconcentración de contaminantesorgánicos y una alta concentración deamoniaco. Por ejemplo, para tratamientode efluentes secundarios. Debido quelos microorganismos nitrificadorescrecen muy lentamente, la biomasa delreactor LINPOR N se contienecompletamente dentro de los poros delos cubos de espuma plástica.

Se han instalados sistemas LINPORpara tratamiento de aguas negrasderivadas de la industrias químicas,papeleras, textiles y de hornos de coque.También para nitrificación de aguas dehornos de coque.

Descripción del sistema

Figura 3 - Esquemático del sistema VSA

El sistema VSA se utilizageneralmente para procesos querequieren aproximadamente 100toneladas diarias de oxígeno. Elsistema VSA esta compuesto de uncompresor de aire de entrada, unabomba al vació, tanques quecontienen el material adsorbente, untanque atenuador, válvulas defluctuación y la instrumentación paracontrolar el sistema. Para operar elsistema VSA, se introduce aire atemperatura ambiente al tanqueadsorbente cual esta empacado con eltamiz molecular, capaz de adsorberagua (H2O), dioxido de carbono (CO2)y nitrógeno (N2). El gas restante es 90a 94% oxígeno y sale del tanqueadsorbente para ser usado en elproceso. Cuando el tamiz molecularse llena con los gases contaminantes,se regenera con la ayuda de unabomba al vacío que ayuda adesadherir y evacuar estos gasespara preparar el tanque para el nuevo.

Figura 4 - Instalación del sistema VSA

Instalaciones existentes

Lotepro a instalado mas de200 unidades para produciroxígeno en sitio para uso enplantas de tratamiento deaguas negras, ozono, ytratamiento de desperdiciossólidos. Ejemplos de estasinstalaciones se encuentran enlas figuras previas.

Figura 6 - Instalación de un sistema criogénico el la ciudad deLosAngeles, California (USA)

El sistema de separación deaire criogénico usa un arefrigeradora (cold box) parareducir la temperatura del airecomprimido. El gas atemperaturas criogénicas entradentro de una tanqueadsorbente que contiene eltamiz molecular. Este separaselectivamente las moléculasde agua, dioxido de carbono ygases orgánicos. El aire limpioque contiene los componentesbásicos, oxigeno, nitrógeno sesepara por destilación (Figura5). El producto, oxígeno de altapureza, se utiliza para elproceso en forma gaseosa.Parte del producto es oxígenolíquido, el cual se almacenapara poder proveer suficienteoxígeno durante períodos dealta demanda.

Figura 5 - Esquemático de un sistema criogénico

Ventajas del sistema

Hemos demostrado enmuchísimas instalaciones quees posible producir oxígenoen sitio con procesos segurosy económicos. Tambiénhemos demostrado ya queestos sistemas se puedenoperar con el mismo personalque opera el proceso detratamiento de aguas negras.

Figura 2 - Instalación UNOX en Los Angeles, California (USA)

El sistema UNOX mantiene el nivel deoxígeno desde 4 a 8 m/l in licor mixtousando poca energía de disolución. Eluso de oxígeno de alta pureza en vezde aire permite que se puedanmantener efectivamente altos nivelesde oxígeno disuelto en la biomasa.Estas condiciones permiten que elreactor requiera menos tiempo deretención y consecuentemente sea maspequeño que los reactoresconvencionales. En instalacionestípicas, el volúmen del tanque UNOX esun 30 a 50% menor que los reactoresconvencionales y consume de 10 a20% menos energía que ellos.

Además el oxígeno dentro del reactoresta continuamente en contacto con lasaguas tratadas. Esta acción permitaque las aguas absorban los olores. Porconsecuencia, el reactor UNOX emitegases prácticamente sin oloresofensivos y el volumen de gas emitidoes una fracción pequeña comparadacon los gases emitidos por un sistemade aire convencional. Los gasesemitidos del sistema UNOX tienepotencialmente menos contaminantes

orgánicos, pero si requierentratamiento, es posible extraerlos deun solo punto para ser introducidos alsistema de purificación.

El concepto de purificación por etapasdel sistema UNOX, el alto nivel deoxígeno disuelto y el bajo consumode energía de disolución que requierepermite que se formen bioflocs masgrandes con completa penetración deoxígeno dentro ellos. Esto lleva apoder separar mas eficientemente lossólidos del líquido y mejora larespiración de los microorganismos.Consecuentemente, el lodo queproduce el sistema UNOX sedesagua mas fácilmente, es masconcentrado y el volumen final de lododesecho es menor.

Plantas existentes

El sistema UNOX se utilizamundialmente debido a que es capazde producir fluentes de alta pureza ycalidad con menores inversiones decapital y mínimos costos operativos.Desde su introducción en la década de1960, más de 300 sistemas UNOX seinstalaron mundialmente. Estossistemas tienen capacidades de 4 a2.000 millones de litros diarios. Lafigura 2 muestra un sistema UNOXtípico.

Ventajas del sistema