Aireación del agua

El aireador de superficie de baja velocidad es un dispositivo de alta eficiencia para la aireación biológica. Estos dispositivos suelen ser de acero con recubrimiento epoxi y generan un par motor elevado. La mezcla del volumen de agua es excelente. La potencia habitual oscila entre 1 y 250 kW por unidad, con una eficiencia (SOE) de aproximadamente 2 kgO2/kW. Los aireadores de baja velocidad se utilizan principalmente para la aireación de plantas biológicas destinadas a la purificación del agua. Cuanto mayor sea el diámetro, mayor será la SOE y la mezcla.

Una fuente consiste en un dispositivo que rocía agua hacia arriba. Normalmente, esto se logra mediante un motor que acciona un impulsor giratorio . El impulsor bombea el agua desde los primeros centímetros de la fuente y la expulsa al aire. ^{[ 5 ]} Este proceso utiliza el contacto aire-agua para transferir oxígeno. Al ser impulsada al aire, el agua se divide en pequeñas gotitas. En conjunto, estas gotitas tienen una gran superficie a través de la cual se puede transferir oxígeno. Al regresar, estas gotitas se mezclan con el resto del agua y, por lo tanto, transfieren su oxígeno de vuelta al ecosistema.

Las fuentes son un método popular para proporcionar aireación superficial debido a su atractivo estético. Sin embargo, la mayoría de las fuentes no pueden generar una gran superficie de agua oxigenada. ^{[ 5 ]} Además, hacer circular electricidad a través del agua de la fuente puede representar un riesgo para la seguridad.

Los aireadores de superficie flotantes funcionan de manera similar a las fuentes, pero no ofrecen la misma estética. Extraen agua de los primeros 30-60 cm del cuerpo de agua y utilizan el contacto aire-agua para transferir oxígeno. En lugar de impulsar el agua hacia el aire, la agitan en la superficie. Los aireadores de superficie flotantes también se alimentan con electricidad en tierra. ^{[ 5 ]} La eficacia de un aireador de superficie se limita a un área pequeña, ya que no pueden agregar circulación u oxígeno a un radio mucho mayor de 3 metros. Esta circulación y oxigenación se limita entonces a la parte superior de la columna de agua, dejando a menudo las partes inferiores sin afectar. Los aireadores de superficie de baja velocidad también se pueden instalar en flotadores.

Los aireadores de paletas también utilizan el contacto aire-agua para transferir oxígeno del aire atmosférico al cuerpo de agua. Se utilizan con mayor frecuencia en la acuicultura (cría de animales acuáticos o cultivo de plantas acuáticas para consumo). Construidos con un cubo con paletas acopladas, estos aireadores suelen ser accionados por la toma de fuerza ( TDF ) de un tractor, un motor de gasolina o un motor eléctrico . Suelen montarse sobre flotadores . La electricidad hace girar las paletas, agitando el agua y permitiendo la transferencia de oxígeno mediante el contacto aire-agua. ^{[ 5 ]} A medida que se agita cada nueva sección de agua, absorbe oxígeno del aire y, al regresar al agua, lo devuelve. En este sentido, la aireación con paletas funciona de manera muy similar a los aireadores de superficie flotantes.

La aireación subsuperficial se puede lograr mediante el uso de aireadores a chorro , que aspiran aire, por medio del principio de Venturi , y lo inyectan en el líquido.

La aireación con burbujas gruesas es un tipo de aireación subsuperficial en la que se bombea aire desde un compresor de aire en tierra ^{[ 7 ]} a través de una manguera hasta una unidad colocada en el fondo del cuerpo de agua. La unidad expulsa burbujas gruesas (de más de 2 mm de diámetro) ^{[ 8 ]} que liberan oxígeno al entrar en contacto con el agua, lo que también contribuye a la mezcla de las capas estratificadas del lago. Con la liberación de burbujas grandes del sistema, se produce un desplazamiento turbulento del agua que da como resultado su mezcla ^{[ 6 ] . En comparación con otras técnicas de aireación, la aireación con burbujas gruesas es muy ineficiente en la transferencia de oxígeno. Esto se debe al gran diámetro y a la superficie colectiva relativamente pequeña de sus burbujas [ 6 ]} .

La aireación con burbujas finas es una forma eficiente de transferir oxígeno a un cuerpo de agua. ^{[ 9 ]} Un compresor en tierra bombea aire a través de una manguera, que está conectada a una unidad de aireación subacuática. A la unidad se le acoplan varios difusores. Estos difusores tienen forma de discos, placas, tubos o mangueras construidas con sílice aglomerada con vidrio, plástico cerámico poroso , PVC o membranas perforadas hechas de caucho EPDM (etileno propileno dieno monómero) . ^{[ 5 ]} El aire bombeado a través de las membranas del difusor se libera en el agua. Estas burbujas se conocen como burbujas finas . La EPA define una burbuja fina como cualquier burbuja de menos de 2 mm de diámetro. ^{[ 8 ]} Este tipo de aireación tiene una eficiencia de transferencia de oxígeno (OTE) muy alta, a veces tan alta como 15 libras de oxígeno / (caballo de fuerza * hora) (9,1 kilogramos de oxígeno / (kilovatio * hora)). ^{[ 5 ]} En promedio, la aireación por difusión de aire difunde aproximadamente 2–4 cfm (pies cúbicos de aire por minuto) (56,6–113,3 litros de aire por minuto), pero algunas operan a niveles tan bajos como 1 cfm (28,3 L/min) o tan altos como 10 cfm (283 L/min).

La aireación por difusión con burbujas finas permite maximizar la superficie de las burbujas y, por lo tanto, transferir más oxígeno al agua por volumen de burbuja. Además, las burbujas más pequeñas tardan más en llegar a la superficie, por lo que no solo se maximiza la superficie, sino también el tiempo que cada burbuja permanece en el agua, lo que le brinda más oportunidades de transferir oxígeno. Como regla general, las burbujas más pequeñas y un punto de liberación más profundo generan una mayor tasa de transferencia de oxígeno. ^{[ 10 ]}

Una de las desventajas de la aireación con burbujas finas es que las membranas de los difusores cerámicos a veces se obstruyen y deben limpiarse para que funcionen con la máxima eficiencia. Además, no tienen la capacidad de mezclar la columna de agua tan bien como otras técnicas de aireación, como la aireación con burbujas gruesas. ^{[ 5 ]}

Durante las fuertes lluvias, las tuberías de aguas residuales de Londres se desbordan hacia el río Támesis , provocando una drástica caída en los niveles de oxígeno disuelto y amenazando a las especies que lo habitan. ^{[ 16 ]} Dos embarcaciones especializadas de McTay Marine , las barcazas de oxigenación Thames Bubbler y Thames Vitality, se utilizan para reponer los niveles de oxígeno, como parte de una lucha continua por limpiar el río, que ahora alberga 115 especies de peces y cientos más de invertebrados, plantas y aves. ^{[ 16 ]}

La concentración de oxígeno disuelto en la bahía de Cardiff, en Gales, se mantiene en 5  mg/L o más. Se bombea aire comprimido desde cinco puntos alrededor de la bahía a través de una serie de tuberías de caucho reforzado con acero, tendidas sobre el lecho de la bahía y los ríos Taff y Ely. Estas tuberías están conectadas a aproximadamente 800 difusores. En ocasiones, esto resulta insuficiente y la Autoridad Portuaria utiliza una barcaza móvil de oxigenación construida por McTay Marine con oxígeno líquido almacenado en un tanque. El oxígeno líquido pasa por un vaporizador calentado eléctricamente y el gas se inyecta en una corriente de agua que se bombea desde la bahía y se devuelve a ella. La barcaza es capaz de disolver hasta 5 toneladas de oxígeno en 24 horas. ^{[ 17 ]}

Se han propuesto opciones similares para ayudar a rehabilitar la bahía de Chesapeake en Estados Unidos, donde el principal problema es la falta de organismos filtradores, como las ostras, responsables de mantener el agua limpia. Históricamente, la población de ostras de la bahía se contaba por decenas de miles de millones y circulaban todo el volumen de la bahía en cuestión de días. Debido a la contaminación, las enfermedades y la sobreexplotación, su población es solo una fracción de los niveles históricos. El agua que antes era cristalina durante metros ahora está tan turbia y llena de sedimentos que una persona que vadea puede perder de vista sus pies antes de mojarse las rodillas. El oxígeno normalmente lo suministra la vegetación acuática sumergida mediante la fotosíntesis , pero la contaminación y los sedimentos han reducido las poblaciones de plantas, lo que ha provocado una disminución de los niveles de oxígeno disuelto y ha hecho que algunas zonas de la bahía sean inadecuadas para la vida acuática aeróbica. En una relación simbiótica, las plantas proporcionan el oxígeno necesario para que los organismos subacuáticos proliferen y, a cambio, los organismos filtradores mantienen el agua limpia y, por lo tanto, lo suficientemente clara para que las plantas tengan acceso suficiente a la luz solar. Los investigadores han propuesto la oxigenación por medios artificiales como solución para ayudar a mejorar la calidad del agua. La aireación de cuerpos de agua hipóxicos parece una solución atractiva y se ha intentado con éxito muchas veces en estanques de agua dulce y lagos pequeños. Sin embargo, nadie ha emprendido un proyecto de aireación tan grande como un estuario . ^{[ 18 ]}

Una porción de 353 hectáreas de la bahía conectada al arroyo Rock Creek se ha aireado mediante tuberías desde 2016. El sistema comenzó como un sistema de burbujas grandes destinado principalmente a la desestratificación, creando una zona óxica de 74 hectáreas. En 2019 se actualizó a inyectores de burbujas finas para proporcionar más oxígeno directamente. ^{[ 19 ]}