DUMO Ultralyzer en desinfección

Transcripción

DOSSIER
AGUAS
ARTÍCULOS
Resumen
Una adecuada desinfección del agua
depurada es necesaria para asegurar su
posterior destino o reuso. En este estudio se muestra que el tratamiento con
ultrasonidos produce una desintegración de las partículas presentes en las
aguas tratadas, efecto que tiene un poder desinfectante, si bien es insuficiente para ser aplicado a la desinfección de
las aguas tratadas. También se ha comprobado que, desde un punto de vista
técnico y económico, la combinación
del tratamiento por ultravioleta con los
ultrasonidos mejora el rendimiento total. Por último, se ha detectado que un
pretratamiento con ultrasonidos mejora
la eficacia de la cloración, sin embargo,
el aumento de costes de esta combinación la hace inviable.
Palabras clave:
Agua regenerada, ultrasonidos, UV,
desinfección, planta piloto
RESIDUALES
TÉCNICOS
Efecto del pretratamiento
con ultrasonidos sobre
la desinfección de agua depurada
1
ESAMUR
C/ Madre Paula Gil Cano s/n - Edificio Torre Jemeca Planta 9ª
30.009 Murcia
Tel.: 968 879 520 - Fax: 968 859 642
Correo-e: [email protected], y [email protected]
2
TOSCANO MEDIAMBIANTE
Autovía A92, km. 6,5
41500 Alcalá de Guadaíra, Sevilla
Tel.: 954 999 900 - Fax: 954 259 360
Internet: toscano.es
3
309 / JUNIO / 2009
Abstract
Due to the importance of a suitable
water disinfection in order to insure a
pollutant effect minimization against
environment, this work has been
carried out to determine how can
affect an ultrasonic pre-treatment upon
disinfection step. It has been
confirmed the ultrasonic disintegration
of bacterial cells in treated water and
disinfectant power of treatment by
itself, which is not enough to be used
as a single method in water
disinfection. It has also been proved
that from a technical and economical
point of view the combination of UV
and ultrasound improves the UV
treatment performance. Finally, it has
been detected that an ultrasonic
pre-treatment increases chlorination
effectiveness, however the high cost in
this combination makes it unfeasible
at industrial scale.
Keywords:
Reclaimed water, ultrasound, UV,
disinfection, pilot plant
44
ACCIONA AGUA
Avenida de Europa, 22 - Parque empresarial La Moraleja
28108 Alcobendas, Madrid
Tel.: 917 907 700 - Fax: 916 615 832
Correo-e: [email protected],
[email protected],
[email protected],
[email protected]
1. Introducción
l oído humano es capaz de detectar los sonidos comprendidos en un margen de frecuencia entre 20 y 20.000 Hz. Las ondas
sonoras emitidas en un rango superior al ya citado, no percibibles por el
oído humano, se denominan ultrasonidos. Aunque existen fuentes de generación natural o procesos que puedan producir en su operación cierto
tipo de ultrasonidos, se consideran
sólo aquéllos que están comprendidos en rangos de frecuencia e intensidad de 20 a 100 kHz y 10 a 102
W/cm2 respectivamente ya que los
generadores ultrasónicos modernos
E
pueden producir frecuencias de hasta varios gigahertzios (GHz) convirtiendo corrientes eléctricas alternas
en oscilaciones mecánicas.
Los ultrasonidos, como ondas mecánicas que son, se propagan por un
medio (en este caso agua) mediante
una sucesión de compresiones y expansiones periódicas. Manipulando
la onda de la forma adecuada a altas
intensidades, es posible fracturar el
medio de propagación. En el caso del
agua, ésta cambia rápidamente a estado de vapor mediante una transición
de fase, lo que origina la formación
de unas microburbujas (Figura 1).
TECNOLOGIA DEL AGUA
044-053_TA309_PRETRATAMIENTO.indd 44
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DOSSIER
AGUAS
ARTÍCULOS
RESIDUALES
TÉCNICOS
Burbuja
de
cavitación
en rarefacción
Burbuja en
máxima
expansión
La burbuja
de cavitación
colapsa
bajo
compresión
Implosión
Figura 1. El proceso de la cavitación ultrasónica.
bujas microscópicas que se llenan de
vapor de agua o gas (Figura 3).
La tecnología de los ultrasonidos
no es novedosa como pudiera parecer en un primer momento. Aplicaciones en biotecnología y medicina se investigan y desarrollan desde hace años, sin embargo descubrimientos recientes que tienen que
ver con generadores de ultrasonidos
más potentes han permitido dar un
salto cualitativo en esta tecnología
para poder aplicarla en otros campos. Por ello, con transductores capaces de proporcionar y soportar altas energías, ha llegado a ser posible
el tratamiento simultáneo de grandes cantidades de agua o lodo. Se
constituye así un punto de partida
en el estudio del impacto de los ultrasonidos en la desintegración de
biosólidos para a su posterior proceso de digestión y en la desinfección del efluente final.
Figura 3. Burbuja de cavitación.
2. La tecnología aplicada
a la depuración de aguas
Numerosos ensayos han demostrado que la potencial destrucción de
las membranas celulares con la posterior liberación del material intracelular de los biosólidos, proporciona
el factor limitante en la digestión de
lodos y desinfección de aguas. Puede conseguirse una liberación absoluta del substrato orgánico celular
mediante la aplicación de ultrasonidos de baja frecuencia, con lo que
la tasa de degradación y biodegrabilidad de la masa de biosólidos orgánicos se verá aumentada en gran medida. Así mismo, estudios piloto han
mostrado una significativa aceleración en dicha degradación de biosólidos con una producción menor
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En la fase siguiente se produce
una sobrepresión a las burbujas que
las hace implosionar, fenómeno que
se conoce como la cavitación ultrasónica, registrándose presiones en
torno a los 500 bar, temperaturas de
hasta 5.000 ºC y unas fuerzas de cizalla que destruyen las paredes celulares de los biosólidos presentes en
el agua y lodo.
A rangos de frecuencias bajas (20100 kHz) se generan burbujas de cavitación que dan lugar a fuerzas de
corte muy potentes. En estas condiciones tienen lugar la máxima desintegración celular, desinfección, ruptura de polímeros y liberación de enzimas al medio (Figura 2).
La propagación del sonido, se lleva a cabo en dos fases: rarefacción
(presión negativa) y compresión
(presión positiva). La presión negativa es tan elevada que origina la
fractura del líquido, formándose bur-
Figura 2. Desintegración ultrasónica.
Figura 4. Desintegrador Ultrasónico de Materia
Orgánica DUMO Ultralyzer.
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ARTÍCULOS
VISIBLE
INFRARROJO
TÉCNICOS
ULTRAVIOLETA
UVA
780
RESIDUALES
400
UVB
320
UVC
280
RAYOS X
100
Figura 5. Espectro electromagnético de la luz.
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de lodo digerido y un aumento en
el biogás producido.
La Universidad Técnica de Hamburgo-Harburgo (TUHH), ha desarrollado la ingeniería a partir de los
ultrasonidos hasta diseñar el Desintegrador Ultrasónico de Materia Orgánica DUMO Ultralyzer (Figura 4).
El objetivo de la implantación de este sistema es aumentar la eficiencia
y rendimiento en las EDAR.
El volumen del reactor se ha calculado para lograr una cavitación homogénea en todo el caudal de lodo
tratado. El resultado es un equipo patentado, excepcionalmente compacto, con un volumen de 28 L (en comparación con los volúmenes de los
equipos empleados en el tratamiento convencional de aguas, se trata de
un auténtico “microequipo”). El módulo estándar está compuesto por 5
unidades oscilatorias que pueden ser
alimentadas con hasta 2 kW y que
convierten la energía eléctrica, que
el generador ha transformado previamente de 50 Hz a 20 kHZ, en energía
mecánica-acústica. Uno de los procedimientos para obtener vibraciones ultrasonoras se basa en la propiedad que tienen las láminas de cristal de cuarzo cortadas de una forma
especial de electrizarse superficial-
46
Figura 6. Efecto de la luz UV en el DNA.
mente cuando se comprimen (Piezoelectricidad). Por el contrario, si las
superficies de una de estas láminas
se cargan periódicamente, bajo la acción de las cargas eléctricas, la placa
se contrae y se dilata sucesivamente, es decir, vibra. Así se producen
las vibraciones ultrasonoras. La lámina se carga con un generador electrónico cuya frecuencia se regula de
acuerdo con el llamado período propio de las vibraciones de la lámina.
3. La tecnología
del ultravioleta
La luz UV se define como la radiación electromagnética de una longitud de onda menor que la luz visible (400 nm) pero mayor que la de
los Rayos- X (100 nm). La longitud
de onda óptima para efectos germicidas es 235,7 nm.
La finalidad de utilizar la tecnología de rayos UV es la destrucción
de toda forma de vida microbiológica y como consecuencia, la desinfección del agua. Tradicionalmente
se ha usado el cloro para la desinfección, sin embargo, durante el proceso de cloración del agua cabe la posibilidad de la creación reacciones
químicas dando lugar a compuestos
tóxicos y cancerígenos. Además, es-
Figura 7. Limitaciones de la radiación ultravioleta.
ta técnica no es definitiva en la desinfección total del agua ya que la producción de formas de resistencia de
algunos microorganismos les hace inmunes al tratamiento por cloro. Estas preocupaciones junto con
la propiedad germicida de la radiación UV y la no producción de productos químicos intermedios hacen
de la tecnología UV un arma efectiva en la inactivación microbiológica
del agua sin residuos tóxicos.
El efecto que produce la luz UV
sobre los microorganismos para su
eliminación es el siguiente: La capacidad de penetración de los rayos
UV permite atravesar las paredes celulares de los microorganismos y llegar al núcleo celular, donde se encuentra el ácido nucleico (Figura 6)
el cual sufre un daño fotoquímico y
una reestructuración celular impidiendo así la capacidad reproductiva del patógeno y por consiguiente
su eliminación.
El nivel de daño celular depende
de la dosis de energía UV absorbida
por los microorganismos y de la resistencia dicha radiación. A su vez la
mayoría de virus y bacterias requieren dosis relativamente bajas para su
inactivación, siendo los parámetros
que afectan a la desinfección por UV
los siguientes:
La dosis de UV proporcionada
que se define como el producto de
la intensidad UV y el tiempo de exposición expresada en microwattsseg/cm2. La mayoría de virus y bacterias requieren dosis relativamente
bajas para su inactivación.
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ARTÍCULOS
4. Ultrasonidos y
desinfección
La tecnología de ultrasonidos ha
demostrado ser eficaz en la degradación de contaminantes. La estructura química de los contaminantes orgánicos persistentes, que hasta ahora
únicamente pueden ser tratados mediante procesos químicos costosos,
puede ser convertida en biodegradable. De esta forma, usando los ultrasonidos como pretratamiento, las
aguas contaminadas difíciles de tratar, pueden ser procesadas por métodos biológicos de uso universal y
ecológicamente favorables.
5. Ultrasonidos y
rayos ultravioleta
Muchos estudios han demostrado
que la eficiencia del método de desinfección por radiación UV es altamente dependiente de la concentración de sólidos en suspensión (SS),
debido al hecho de que estos sólidos en suspensión pueden proteger
a bacterias y virus de ser destruidos
por desinfectantes. Muchas de estas
pequeñas partículas tienden a dispersar la luz UV, otras bloquean la acción de esos mismos rayos y por último algunas incluso incorporan en
su interior, mediante la formación
de flóculos, la materia a tratar (Figura 7).
Estudios recientes han determinado que las partículas grandes
(aproximadamente de 50 µm de diá-
TÉCNICOS
metro) son muy difíciles de penetrar
por los rayos UV con lo que la demanda requerida de dichos rayos crece drásticamente.
La utilización de ultrasonidos en
el tratamiento de las aguas puede mejorar las características desinfectantes de la radiación UV, ya que el ultrasonido rompe el bloque externo y
la radiación puede alcanzar a la célula biológica más fácilmente.
6. Desinfección
mediante cloro
Para la desinfección del agua se
usan procedimientos físicos, ultrasonidos y UV, y químicos como ozonización y cloración. La cloración es
una operación química utilizada en
la desinfección del agua, aplicándose tanto en plantas de potabilización
como en depuradoras antes del vertido final, al igual que en procesos de
reutilización de aguas. El objetivo
de la cloración es destruir las bacterias por la acción germicida del cloro. También son importantes otros
efectos secundarios como la oxidación del hierro, manganeso, sulfuros
de hidrógeno y destrucción de algunos compuestos que producen olores y sabores.
Actualmente se considera que la
acción bactericida del cloro es de tipo fisicoquímico, por ello la relativa
eficacia de los distintos agentes oxidantes es función de su velocidad de
difusión a través de la pared celular
que una vez atravesada, el compuesto tiene la capacidad de atacar al grupo enzimático cuya destrucción provoca la muerte del microorganismo.
Sin embargo, este sistema de desinfección aplicado sobre materia orgánica residual tiene la desventaja
de posibilitar la generación de compuestos orgánicos clorados que pueden ser cancerígenos o muy dañinos
al medioambiente. A su vez el cloro
residual o cloraminas son capaces
de reaccionar con la materia orgánica del medio acuático natural, siendo este proceso tóxico para las especies acuáticas. La destrucción de
todos estos compuestos indeseables
implica un coste adicional.
Figura 8. Desintegrador Ultrasónico de Materia
Orgánica.
7. Metodología
Con este estudio se pretende realizar un análisis comparativo en desinfección entre el uso de solo radiación
UV y la combinación de dicha radiación con un tratamiento previo de ultrasonidos, así como el efecto del tratamiento con ultrasonidos sobre la
cloración. Los componentes utilizados en este estudio en la EDAR de
Lorquí son:
- Desintegrador Ultrasónico de
Materia Orgánica
- Módulo UV UV3000PLUS (Trojan UV)
- Canal de Acero inoxidable
(Acciona-Agua)
A continuación detallaremos cada
uno de ellos, describiendo también
el método de cloración de la Edar.
Descripción del desintegrador ultrasónico de materia orgánica en la
EDAR de Lorquí
El equipo utilizado para la desintegración de la materia orgánica es el
Sistema Dumo ultralyzer (Figura 8),
tiene como características generales:
- Es un equipo compacto ya que
ocupa un volumen de unos 12 L, estando compuesto por dos osciladores, con una potencia máxima de 1.4
kW cada uno.
- Dispone de los equipos periféricos necesarios para regular su funcionamiento: caudalímetro, manómetro, válvula reguladora de presión, etc.
- Se ha diseñado en una bancada móvil, para poder desplazarlo de
forma fácil tanto en el interior de la
EDAR como a otras EDAR.
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La intensidad UV cantidad de
energía por unidad de área, que a
su vez se ve afectada por la calidad
del agua, la configuración del equipo/lámparas y la vejez del equipo/
lámparas y ensuciamiento de fundas.
Los parámetros del agua residual
que afectan a la intensidad UV son:
- Transmitancia UV (%T)
- Sólidos Totales en Suspensión
(TSS)
- Distribución del tamaño de Partículas (PSD)
- Dureza Total (afecta a la velocidad de ensuciamiento de las fundas),
debido a que precipita cal en la superficie de las lámparas.
RESIDUALES
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TECNOLOGIA DEL AGUA
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AGUAS
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RESIDUALES
TÉCNICOS
Figura 10. Módulo de UV3000Plus.
- El caudal puede variar entre 30
y 200 L/min con un tiempo de retención medio, entre los 3,6 y 24
segundos.
Tabla 1
Volumen (l)
90
Caudal (L/min)
Tiempo de retención medio (seg)
Mínimo= 30
Máximo= 200
180
27
Tabla 1. Características básicas del equipo ensayado.
7.2. Descripción
del canal piloto
Para poder realizar el estudio de
eficacia en desinfección combinando ultrasonidos + radiación UV se
instala un módulo de lámparas a
continuación de una unidad de ultrasonidos dentro de una estructura de acero inoxidable AISI 316, fabricada por Acciona Agua (Figura
11) que hace la función de canal cuyas características se indican en la
Tabla 1.
Por último indicar que el tratamiento terciario de la EDAR de Lorquí se compone de los siguientes elementos en el sucesivo orden: Decantador lamelar, Filtros de arena y Canal de cloración (Figura 12).
Para comprobar la eficacia de la
tecnología de ultrasonidos en desinfección se coloca el equipo de desintegración después de los filtros de
arena. El agua se bombea al equipo
de ultrasonidos mediante una bomba
sumergida de 1,2 kW, controlándose el flujo con un caudalímetro en la
manguera de salida del DUMO (rango de caudal 30-200 L/min). A continuación se sitúa la estructura a modo de canal que acoge el módulo de
UV.(Figura 13).
8. Descripción del
sistema de cloración
de la EDAR de Lorquí
Después de que el agua haya pasado por el canal de desinfección (Fi-
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7.1. Descripción del equipo
UV3000plus de trojan
de la EDAR de Lorquí
El equipo de desinfección UV
(UV 3000Plus-Trojan) se compone de tres bancos con 15 módulos,
cada módulo contiene 8 lámparas
(Figura 10) siendo un total de 120
lámparas.
Además de los módulos, el equipo se compone de:
- Un sistema de control que registra el encendido de las bancadas y la
intensidad de las lámparas en función de una señal de 4-20 mA
- Tres sistemas de detección que
incorpora un sensor UV que mide la
intensidad a 254 nm.
- Tres centros de distribución de
potencia que aloja los relés y las conexiones a los módulos.
- Tres bastidores que soportan los
módulos UV.
- Un control de nivel (compuerta).
- Un sistema de limpieza químicofísico automático.
Figura 11. Estructura diseñada para acoger en su interior el módulo UV.
Decantador Lamelar
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Filtros de arena
Canal de desinfección por UV
Figura 12. Esquema habitual de recorrido del agua en la EDAR de Lorquí.
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ARTÍCULOS
Filtros de arena
RESIDUALES
TÉCNICOS
Equipo de Ultrasonidos
Canal piloto de desinfección por UV
Figura 13. Esquema de recorrido del agua en el estudio de eficacia de desinfección combinando US+UV en la Edar de Lorquí.
9. Ensayos de laboratorio
y resultados
Desde la instalación del equipo de
ultrasonidos, en la etapa de desinfección de la planta, se han realizado
una serie de ensayos analíticos diarios para comprobar la eficacia del
equipo en combinación con el tratamiento UV. Se recogen muestras de
agua a diferentes caudales donde se
analizan las concentraciones de Coliformes fecales y Coliformes totales. Se realiza una comparativa entre el grado de desinfección alcanzado cuando se utiliza solamente
radiación UV, combinando la radiación UV con un tratamiento previo
de ultrasonidos, así como la combinación de radiación ultrasónica con
cloro y la eficacia de la radiación ultrasónica como agente desinfectante,
individual.
9.1. Efecto de los
ultrasonidos en la
distribución de tamaño
de partícula y poder
desinfectante
Inicialmente, se ha tratado de determinar el efecto del tratamiento por
ultrasonidos, sobre la distribución
del tamaño de partículas. Dado que
una disminución del tamaño de partícula provoca un aumento de la superficie de contacto entre los microorganismos y el agente desinfectante, ya sea radiación UV o hipoclorito.
Para ello, se ha realizado un ensayo de distribución de tamaño de
partículas a la entrada y salida del
equipo de ultrasonidos, realizándose un barrido de tamaño de partículas, ver tabla para un caudal de
30 L/min.
Como se puede observar en la Tabla 2, al someter al agua tratada a
un pretratamiento con ultrasonidos.
El número de partículas en el rango
1-150 μm decrece un 39,75% Esta
drástica disminución del número de
partículas y mucho más acusada los
tamaños altos, quiere decir que los
ultrasonidos son capaces de desintegrar muy eficazmente las partículas
y reducir el tamaño de las mismas
por debajo de 1 μm (límite detección de nuestro método de análisis).
Así mismo, también es de destacar
que el tratamiento con ultrasonidos
elimina todas las partículas de tamaño superior a 80 μm.
Una vez examinada la eficacia del
tratamiento por ultrasonidos para la
reducción del tamaño de partículas,
se ha determinado el efecto desinfectante de este tratamiento sin combinar con otros. Por ello, se realizó
un barrido de rendimiento como desinfectante a diferentes caudales, obteniéndose los datos que se muestran en la Figura 15 (medias de tres
experimentos).
Figura 14. Laberinto de cloración Edar de Lorquí.
Tabla 2
Tamaño Partícula, μm
Sin tratamiento
Con tratamiento
Diferencia
1-10
93.143,10
56.114,65
37.028,45
10-20
2.597,35
1.639,95
30-40
117,40
50-60
18,50
20-30
40-50
60-70
341,05
41,15
6,55
957,40
162,40
178,65
14,98
26,18
6,90
11,60
59,70
2,55
57,70
4,00
% de disminución
39,75
36,86
52,38
49,15
63,61
62,70
61,07
70-80
4,50
1,23
3,28
72,78
80-90
2,10
0,00
2,10
100,00
90-99
99-150
TOTAL
1,20
3,30
96.276,20
0,00
0,00
58.002,35
1,20
3,30
38.273,85
100,00
100,00
309 / JUNIO / 2009
gura 14), en la Edar de Lorquí, para asegurar una total desinfección del
efluente, se realiza una pequeña cloración adicional de unos 2 mg/l de
hipoclorito sódico en forma líquida.
39,75
Tabla 2. Efecto del tratamiento con ultrasonidos sobre la distribución de tamaño de partículas.
49
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DOSSIER
AGUAS
ARTÍCULOS
RESIDUALES
TÉCNICOS
00
10
00
0
15
00
0
20
00
0
25
00
0
CONTROL, UFC/100
ml
CONTROL,
UFC/100 ml
Con Ultrasonidos, UFC/100
ml
Con Ultrasonidos,
UFC/100 ml
50
Caudal l/min Caudal l/min
0
20
125
000
112
500
0
580
0
0
50
182
00
25
0
00
20
0
00
15
0
00
10
00
50
0
20
15
200
0
112
500
8
1 20
0
580
0
0
50
0
0
10
00
00
20
00
00
30
00
00
40
00
00
50
00
00
CONTROL, UFC/100
ml
CONTROL,
UFC/100 ml
Con Ultrasonidos, UFC/100
ml
Con Ultrasonidos,
UFC/100 ml
Coliformes Totales, UFC/100ml
0
10
00
00
20
00
00
30
00
00
40
00
00
50
00
00
EVOLUCIÓN
DE LA ELIMINACIÓN
DE COLIFORMES
TOTALES TOTALESEVOLUCIÓN
DE LA ELIMINACIÓN
DE COLIFORMES
FECALES FECALES
EVOLUCIÓN
DE LA ELIMINACIÓN
DE COLIFORMES
EVOLUCIÓN
DE LA ELIMINACIÓN
DE COLIFORMES
Caudal l/min Caudal l/min
Figura 15. Efecto del tratamiento con ultrasonidos sobre la desinfección.
zan los coliformes presentes en agua
tratada con ultrasonidos, observándose como el número de colonias se
reduce drásticamente al someter el
agua al tratamiento con ultrasonidos.
Figura 16. Placas de contaje de coliformes.
0
00
00
0
80
00
0
70
00
0
60
00
0
50
00
0
40
00
0
30
00
0
20
Caudal l/min
0
19
0
15
0
0
19
12
0
80
Caudal l/min
15
0
50
12
80
30
50
0
10
0
15
0
19
0
12
0
15
0
80
12
50
80
30
50
0
0
0
0
SIN DUMO, UFC/100 ml
CON DUMO, UFC/100 CON
ml DUMO, UFC/100 ml
CONTROL, UFC/100 ml
CONTROL, UFC/100 ml
30
0
00
80
00
60
00
40
00
20
191
000 200 300 400 500 600 700 800
0 00 00 00 00 00 00 00 00
00
00
10
3
00
00
12
0
Coliformes
Totales, UFC/100ml
12
0
00 000
00
10
0
00
80
0
00
60
0
00
40
0
00
20
0
CON DUMO, UFC/100 CON
ml DUMO, UFC/100 ml
CONTROL, UFC/100 ml
CONTROL, UFC/100 ml
Caudal l/min
50
9.2.1. Resumen
En la gráfica Figura 19, se muestran de forma resumida los valores
medios, de contaminación bacteriológica, obtenidos durante la experi-
EVOLUCIÓN
DE LA ELIMINACIÓN
DE COLIFORMES
TOTALES
EVOLUCIÓN
DE LA ELIMINACIÓN
DE COLIFORMES
FECALES
EVOLUCIÓN DE
LA ELIMINACIÓN
DE COLIFORMES
TOTALES
EVOLUCIÓN DE
LA ELIMINACIÓN
DE COLIFORMES
FECALES
309 / JUNIO / 2009
Es decir, se puede comprobar que
el tratamiento con ultrasonidos tiene una ligera capacidad desinfectante (con los tiempos de residencia de
trabajo). Sin embargo, el grado de
reducción de contaminación bacteriológica es claramente insuficiente
para que este tratamiento pueda ser
considerado como una alternativa
para la desinfección de aguas de residuales depuradas sino se combina
con otro agente desinfectante.
En la Figura 16, se observa uno
de los ensayos de recuento de coliformes para un mismo caudal: en una
placa se analiza la presencia de coliformes en agua sin tratamiento con
ultrasonidos y en otra placa se anali-
9.2. Combinación
de tratamiento por
ultrasonidos y radiación
ultravioleta
Como se ha comentado en el apartado de metodología, se realizaron
comparativas sobre la desinfección,
solamente con radiación UV y combinado dicha radiación con un tratamiento previo de ultrasonidos. Se
han realizados barridos a diferentes
caudales, estudiándose en cada uno
de ellos tanto las concentraciones de
bacterias en el efluente, como el gasto de energía asociado.
En la Figura 17, se presentan los
resultados obtenidos en uno de los
experimentos realizados.
En los datos anteriores, se pone de
manifiesto la viabilidad técnica de la
combinación del pretratamiento con
ultrasonidos y la desinfección con
radiación UV para realizar la desinfección de un agua residual tratada,
dado que se puede observar que al
combinar ambos procesos aumenta de una forma apreciable el grado de descontaminación bacteriología obtenida.
En la Figura 18, se pueden observar las placas de ensayo de determinación de coliformes, en uno
de los experimentos, a los diferentes caudales y utilizando la técnica
de filtración en membrana. Se comparan los resultados cuando se realiza el pretratamiento y cuando no se
realiza el pretratamiento con ultrasonidos. Se puede observar una clara
reducción de las colonias tanto coliformes fecales (color azul) como
coliformes totales (color magenta)
cuando se aplica un pretratamiento
por ultrasonidos.
Caudal l/min
Figura 17. Efecto del tratamiento con ultrasonidos sobre la desinfección con radiación UV.
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DOSSIER
AGUAS
ARTÍCULOS
RESIDUALES
TÉCNICOS
Tabla 3
COLIFORMES TOTALES
Energía dumo, Kmh/m
1,17
0,70
0,44
0,29
0,23
0,18
Tiempo Residencia Ultrasonidos, sg
24
14,4
9
6
4,8
3,79
Tiempo Residencia Ultravioleta, sg
180
108
67,5
45
36
28,42
30
50
80
120
150
190
389
1997
12819
17514
53951
103000
CON DUMO, UFC/100 ml
99
234
450
1621
6378
16450
113400
122900
122900
122900
122900
115950
Energía Ultravioleta, kwh/m3
1,11
0,67
0,42
0,28
0,22
0,18
Total Energía, kwh/m3
2,28
1,37
0,85
0,57
0,46
0,36
3
Q, l/min
CONTROL, UFC/100 ml
COLIFORMES FECALES
Q, l/min
30
50
80
120
150
190
433
300
250
2400
5200
13850
100
150
150
200
1060
1200
19300
19500
19300
19300
19300
18150,11
Energía Ultravioleta, kwh/m3
1,11
0,67
0,42
0,28
0,22
0,18
Total Energía, kwh/m3
2,67
1,60
1,00
0,67
0,53
0,42
CONTROL, UFC/100 ml
Con Tratamiento
Caudal
Sin Tratamiento
Figura 18. Ejemplo de ensayo de determinación
de coliformes, comparado las placas del agua
pretratada con ultrasonidos y la no pretratada.
mentación, así mismo se calculan los
tiempos de residencia en los tratamientos por ultrasonidos y en el tratamiento UV. Por último, se han determinado también los consumos específicos de energía en cada una de
las etapas, así como el consumo global de energía de las dos etapas de
tratamiento.
De los datos obtenidos se puede
concluir que, en la eliminación de
coliformes totales con tratamiento
UV, el pretratamiento con ultrasonidos aumenta en una unidad logarítmica la eficacia del tratamiento de
desinfección y aumenta la eficacia
de la eliminación de coliformes fecales entre media y una unidad logarítmica. Pero una vez conocida la
eficacia del proceso de pretratamiento, es necesario realizar una valoración económica de la combinación
de ambos procesos. Para ello, se han
obviado los costes de implantación
y los costes de mantenimiento y nos
hemos centrado en realizar una comparativa de los costes directos y relacionados con el consumo de energía eléctrica, mostrándose en la Tabla 3 los consumos específicos de las
etapas de pretratamiento con ultrasonidos, el tratamiento de desinfección por UV y el sumatorio de ambos consumos. De una forma aproximada, se podría decir que la eficacia
del tratamiento combinado de ambos procesos a un caudal de 190 l/
min, es similar a la eficacia a una
simple desinfección por UV a 100
L/min, lo que en el primero de los
casos supone un consumo global de
0,36 wh/L y en el segundo de los casos (sólo tratamiento UV) el consumo de energía se sitúa en 0,35 wh/l.
Es decir, la combinación de ambos
procesos, para igual rendimiento, solamente aumenta en un 3% el consumo global de energía de la etapa de
desinfección. Por ello, el tratamiento previo con ultrasonidos se puede
309 / JUNIO / 2009
Tabla 3. Efecto del tratamiento con Ultrasonidos sobre la desinfección con radiación UV.
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TECNOLOGIA DEL AGUA
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AGUAS
TÉCNICOS
0
00
25
0
C ONTR OL, UFC /1 0 0 m l
50
00
10
00
0
15
00
0
20
00
C ON DUMO, UFC /1 0 0 m l
Caudal l/min
Caudal l/min
19
0
0
15
129
0
185
00
12
500
0
0
00
15
0
00
10
SIN DUMO, UFC /1 0 0 m l
380
50
0
00
25
0
C ONTR OL, UFC /1 0 0 m l
20
00
C ON DUMO, UFC /1 0 0 m l
30
0
19
15
0
0
19
0
0
12
80
15
0
12
50
80
30
30
Caudal l/min
SIN DUMO, UFC /1 0 0 m l
00
20 40 60 80 100 120 140
0
0
0 0
0 0 0
5 0 0 00 00 00 00 00 00 00
CONTROL, UFC/100 ml CONTROL, UFC/100 ml
50
EVOLUCIÓN DE LA
ELIMINACIÓN
DEELIMINACIÓN
COLIFORMES,DE
FECALES,
EVOLUCIÓN
DE LA
COLIFORMES, FECALES,
VALORES MEDIOS
DIFERENTES
EXPERIMENTOS
VALORES
MEDIOS
DIFERENTES EXPERIMENTOS
S IN DUMO, UFC/100 mlS IN DUMO, UFC/100 ml
20
4 6
8 10 12 14
00 000 000 000 000 000 000
0
0
0 0
0 0 0
EVOLUCIÓN DE LA
ELIMINACIÓN
DEELIMINACIÓN
COLIFORMESDE
TOTALES
EVOLUCIÓN
DE LA
COLIFORMES TOTALES
VALORES MEDIOS
DIFERENTES
EXPERIMENTOS
VALORES
MEDIOS
DIFERENTES EXPERIMENTOS
0
ARTÍCULOS
RESIDUALES
0
DOSSIER
Caudal l/min
Figura 19. Efecto del tratamiento con Ultrasonidos sobre la desinfección con radiación UV.
12
SIN DUMO
Valores de Cl Total, mg/l
10
CON DUMO
8
6
4
2
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
mg/l de cloro libre alimentados
Figura 20. Curvas de break-point a 20 minutos.
309 / JUNIO / 2009
presentar como una excelente alternativa para aumentar la eficacia de
los tratamientos UVs, cuando las características hidráulicas de la instalación o las características intrínsecas del agua no permitan alcanzar los
rendimientos requeridos, sólo con el
tratamiento UV.
52
9.3. Combinación de
tratamiento con hipoclorito
y pretratamiento
con ultrasonidos
Dado que en la actualidad a nivel
nacional, en muchas de las plantas se
realiza la desinfección con cloro, es de
interés conocer como puede afectar un
pequeño pretratamiento con radiación
ultrasónica sobre la posterior desinfección con cloro. De esta forma se podrá realizar un balance técnico y económico de los procesos para conocer
la viabilidad real de la combinación
de ambos procesos para asegurar el
cumplimiento de legislación vigente.
Como se ha indicado anteriormente, el tratamiento con ultraso-
nidos provoca una disminución del
tamaño de las partículas, aumentando la superficie específica de contacto con el agente desinfectante, y por
tanto es de esperar un aumento de la
eficacia del hipoclorito.
Para determinar este efecto, se
han realizado curvas de demanda
de cloro (curvas de break-point a 20
minutos). Con esto, se ha podido determinar el efecto sobre la demanda
de cloro, al combinar este proceso
con el tratamiento por ultrasonidos,
trabajando con un caudal de 150 l/
min a través del equipo de radiación.
En la Figura 20, se presenta uno
de los experimentos realizados durante el proceso experimental, llevado a cabo con el agua de salida
de los filtros de arena de la EDAR
de Lorquí.
9.3.1. Resumen
En la Tabla 4, se muestran de forma resumida las demandas de cloro
determinadas, así como los efectos
del pretratamiento sobre la reducción
de la demanda de cloro (se muestran
3 de los experimentos realizados).
Tabla 4. Disminución de la demanda de cloro al aplicar un pretratamiento con ultrasonidos.
Es decir, parece que la aplicación
de un pretratamiento con ultrasonidos previo a la cloración provoca una
disminución del consumo de cloro
de entorno a 1,13 mg/l, o lo que es
lo mismo de entre un 15 y 20% de
la demanda de cloro del agua a tratar. Por ello, desde un punto de vista
técnico el pretratamiento con radiación ultrasónica, mejora la desinfección con cloro.
Se trata ahora de determinar si este beneficio técnico es viable desde
un punto de vista económico, para
ellos comparamos el ahorro de costes de cloro, al realizar el pretratamiento con el equipo de ultrasonidos, con el aumento de costes asociado al consumo de energía en el
pretratamiento, ver Tabla 5.
Es decir, aunque desde un punto
de vista técnico parece beneficiosa la
combinación de ambas tecnologías,
el elevado coste del tratamiento por
ultrasonidos frente a la cloración, no
parece recomendar la combinación
de ambas tecnologías.
10. Conclusiones
El tratamiento por ultrasonidos
provoca la rotura de las partículas
dejándolas más aptas para su posterior tratamiento de desinfección, así
mismo los ultrasonidos tienen una
pequeña capacidad desinfectante.
El pretratamiento con ultrasonidos, aumenta la eficacia de la radia-
TECNOLOGIA DEL AGUA
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DOSSIER
AGUAS
ARTÍCULOS
RESIDUALES
TÉCNICOS
PUBLIQUE SUS
PAPPERS EN
TECNOLOGÍA DEL
Tabla 4
Día 1
Diferencia
Día 3
Promedio
1,615
1,01
0,76
1,13
6
6
9
7
26,92
16,83
8,44
17,40
Demanda de cloro (Break Point)
% de Disminución Demanda
Día 2
Tabla 5
Día 1
Diferencia
Día 2
Día 3
Promedio
1,615
1,01
0,76
1,13
6
6
9
7
% de Disminución Demanda
26,92
16,83
8,44
17,40
Coste de cloro, €/m
0,010
0,010
0,015
0,011
Disminución coste de cloro €/m3
0,003
0,002
0,001
0,002
233
233
233
233
Costes de Energía Eléctrica, wh/m3
0,026
0,026
0,026
0,026
Ahorro con el pretratamiento €/m3
– 0,023
– 0,024
– 0,024
– 0,024
Demanda de cloro (Break Point)
3
Consumo de Energía Eléctrica, wh/m3
Tabla 5. Efecto económico del pretratamiento con ultrasonidos.
ción UV en una unidad logarítmica,
posiblemente por la disminución del
tamaño de partícula.
El balance económico (solo costes directos de explotación), no justifica ni desaconseja la combinación
de ambos procesos, aunque si la hidráulica de la instalación no permite una ampliación de los canales de
desinfección, un pretratamiento con
ultrasonidos puede actuar como elemento de ampliación de la capacidad.
El pretratamiento con ultrasonidos, disminuye en un 15-20% la demanda de cloro del agua de salida de
los filtros de la EDAR de Lorquí.
El balance económico del sistema no recomienda la combinación
del tratamiento de ultrasonidos con
la cloración.
11. Bibliografía
[1] Blume, T., Martínez, I. and
Neis, U. Wastewater disinfection using ultrasound nd
UV Light. Technical University Hamburg-Harburg. Department of Sanitary and Environmental Engineering. Hamburg, Germany. 2002.
[2] Blume, T. and Neis, U. Combined wastewater disinfection
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Hamburg, Germany. 2002.
[3] Chemisinoff, P.N. Handbook of water and wastewater
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[4] Neis, U. and Blume, T. Ultrasonic disinfection of wastewater effluents for highquality reuse. Technical University Hamburg-Harburg.
Department of Sanitary and
Environmental Engineering.
Hamburg, Germany. 2002.
[5] Neis, U. and Tiehm, A. Ultrasound in wastewater and sludge treatment. Department of
Sanitary Engineering. Technical University HamburgHarburg. Hamburg, Germany.
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[6] Rodier, J. Análisis de las
aguas. Aguas naturales, aguas
residuales, agua del mar: química, fisicoquímica, bacteriología, biología. Omega, Barcelona. 1981.
AGUA
La revista Tecnología del Agua tiene como objetivo esencial
la divulgación e intercomunicación entre todas aquellas personas y entidades vinculadas al mundo del agua. Por lo tanto, en la presentación de los trabajos es necesario tener en
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Finalmente se relacionarán los agradecimientos (si los hubiera), así como la bibliografía o aquellos textos cuya lectura
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conceptual, explicando cuando convenga aquellos términos
o conceptos de uso poco habitual.
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evitarse la inclusión de notas a pie de página, incorporándolas dentro del texto.
7. Se cuidará la correcta expresión de las unidades, símbolos y
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9. Preferentemente se incluirán gráficos, esquemas, dibujos o
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explicativo. Si las fotografías y dibujos son enviados por correo-e, CD-Rom, etc., deben tener un mínimo de 300 píxeles
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