Introducción

El proceso de fangos activados consiste en convertir la materia orgánica de las aguas residuales en CO2 y biomasa mediante descomposición biológica, lo que requiere una transferencia eficaz de oxígeno disuelto (OD). Los métodos tradicionales de aireación, aunque consumen mucha energía, sólo consiguen una eficacia moderada en la transferencia de oxígeno. El estudio investiga las posibles ventajas del uso de nanoburbujas, que son cavidades de gas estables con propiedades únicas que permiten una existencia prolongada y una mayor eficacia de transferencia de masa en soluciones acuosas.

La aireación convencional en el tratamiento de aguas residuales es costosa y consume mucha energía, y una parte importante del consumo energético se dedica a la aireación de los procesos de fangos activados. Las nanoburbujas (NB) tienen diámetros más pequeños que las microburbujas tradicionales, lo que aumenta la superficie de contacto y acelera el aumento de la concentración de oxígeno disuelto. Las NB resultan prometedoras para mejorar la eficiencia de la transferencia de masa de oxígeno, aumentando potencialmente la producción de biomasa y reduciendo la producción de fangos en los reactores de fangos activados. Este artículo presenta resultados experimentales sobre el impacto de la aireación con NB en los niveles de oxígeno disuelto, los coeficientes de transferencia de gas y la distribución del tamaño de los NB en agua nanopura. Se sugiere que la aireación NB puede aumentar significativamente la eficiencia de la transferencia de oxígeno y ofrece beneficios potenciales en los procesos de tratamiento de aguas residuales, aunque se necesita más investigación para comprender todo su impacto en el tratamiento de lodos activados.

El estudio también examina el efecto de la aireación NB sobre las propiedades fisicoquímicas y las comunidades microbianas de los lodos activados. Proporciona evaluaciones preliminares de la aireación NB en reactores a escala de laboratorio, allanando el camino para su posible aplicación en plantas de tratamiento de aguas residuales a escala real.
*** Translated with www.DeepL.com/Translator (free version) ***

Materials and methods

En este estudio, los investigadores llevaron a cabo experimentos utilizando un reactor a escala de laboratorio que incluía el generador de nanoburbujas Acniti Microstar (Modelo-FS302AC-SW1, 300 W) con lodos activados recogidos de una planta municipal local de tratamiento de aguas residuales. Compararon el impacto de la aireación con nanoburbujas (NB) con la aireación convencional con burbujas finas (CB) en varios parámetros relacionados con la eficiencia del tratamiento de aguas residuales.

Results and discussion

Los resultados mostraron que la aireación NB produjo un aumento significativamente mayor de los niveles de oxígeno disuelto (OD) en el agua en comparación con la aireación CB. En los dos primeros minutos de aireación, el nivel de OD en el agua aireada con NB aumentó seis veces más rápido que en el agua aireada con CB. Los NB proporcionaron un suministro continuo de oxígeno, lo que condujo a una utilización más eficiente del oxígeno y potencialmente mejoró las tasas metabólicas de los microorganismos aeróbicos en los lodos activados.

El estudio también analizó la distribución de tamaños y las concentraciones de NB a lo largo del tiempo. Los NB generados en la solución mostraron una disminución del tamaño medio y un aumento de la concentración con el tiempo de aireación. Esta rápida generación de NB contribuyó al rápido aumento de los niveles de oxígeno disuelto observado en los experimentos. Además, los investigadores evaluaron el impacto de la aireación de los NB sobre las características de los lodos activados y las comunidades microbianas. Los resultados mostraron que la aireación de los NB provocó cambios en las propiedades de los lodos activados, incluyendo la demanda química de oxígeno soluble (sCOD), los sólidos totales (TS) y el índice de volumen de lodos (SVI). La comunidad microbiana asociada a los lodos activados también se vio afectada por la aireación NB, mostrando alteraciones en la composición microbiana y variaciones morfológicas.

En general, el estudio sugiere que la aireación con nanoburbujas podría ofrecer un enfoque más eficiente energéticamente y eficaz para la transferencia de oxígeno en los procesos de tratamiento de aguas residuales. Por otra parte, la aireación con NB puede alterar las características fisicoquímicas y las comunidades microbianas de los fangos activados, pero es necesario seguir investigando para comprender sus efectos a largo plazo sobre la calidad de los fangos y la eficacia del tratamiento.

Lea el artículo de investigación completo en inglés en Science Direct