Transferencia de oxígeno en agua anóxica utilizando un dispositivo de aireadores de rueda de paletas a bajas revoluciones

  • Nicolás Rojas Arias Universidade Federal de Sao Carlos http://orcid.org/0000-0003-3358-2484
  • Cesar René Blanco Zúñiga Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia http://orcid.org/0000-0002-9181-4944
  • A.J.D. Vargas-Bolívar Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia
  • W.T. Sáchica-Tenjo Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia
  • V. R. Barrales-Guadarrama Universidad Autónoma Metropolitana

Resumen

La reducción de oxígeno disuelto (OD) en el agua es asociada como un efecto del cambio climático. La carencia de oxígeno en cuerpos de agua afecta directamente las especies biológicas presentes en diferentes cuerpos de agua poco profundos como pantanos y humedales, así como en procesos de acuicultura. Un valor óptimo en la concentración de OD favorece la reproducción de estas especies biológicas presentes en entornos tanto artificiales como naturales. Para esto, diversos equipos se han desarrollado para favorecer el aumento de OD en el agua a valores aceptables. Sin embargo, algunos de estos sistemas son costosos, energéticamente ineficientes y ruidosos, lo que genera impactos adversos en los ecosistemas acuáticos por perturbaciones en el agua. Este estudio mide la eficiencia (KgO2·kWh-1) de la introducción de OD en el agua mediante un sistema de aireación de rueda de aspas a bajas RPM destinado a masas de agua poco profundas. Las pruebas se realizaron en muestras de agua anóxica utilizando aireadores de 6, 12 y 24 aspas a nivel de laboratorio. Al aumentar el voltaje (6, 9 y 12V) también aumentaron las RPM aplicadas a cada dispositivo a través de un motorreductor. Los resultados muestran una tasa de transferencia de OD más alta en el rango de 1 y 5 mg de O2·L-1. La mejor configuración en relación al consumo de energía funcionó a bajas revoluciones utilizando el aireador de rueda de 6 aspas a 6V. Esto establece que, además de la gestión de bajas revoluciones, el uso de un menor número de ruedas favorece un aumento de la eficiencia durante el proceso de restauración de OD en cuerpos de agua poco profundos.

Palabras clave: Transferencia de OD, Agua anóxica, Aireador de aspas, Consumo de energía

Descargas

La descarga de datos todavía no está disponible.

Referencias

[1] Barreto CM. et al. Sidestream superoxygenation for wastewater treatment: Oxygen transfer in clean water and mixed liquor. J. Environ. Manage., 2018;219:125–137. doi: 10.1016/j.jenvman.2018.04.035.

[2] Itano T. et al. Water circulation induced by mechanical aerators in a rectangular vessel for shrimp aquaculture. Aquac. Eng. 2019;85:106–113. doi: 10.1016/j.aquaeng.2019.03.006.

[3] Ren AS, Chai F, Xue H, Anderson DM, and Chavez FP. A Sixteen-year Decline in Dissolved Oxygen in the Central California Current. Sci. Rep. 2018;8(1):1–9. doi: 10.1038/s41598-018-25341-8.

[4] Torres A, Quintero J, and Atehortúa L. Determination of the specific oxygen uptake rate in microorganisms including electrode time response. Rev. Fac. Ing. Univ. Antioquia. 2018;43:33–41.

[5] Bao W, Peng Z, Zhou D, Zhu S, and Ye Z. Performance evaluation of an intensive pond aquaculture system for commercial freshwater fish production. 2018:3–12. doi: 10.13031/aim.201801093.

[6] He Z, Petiraksakul A, and Meesapya W. Oxygen-Transfer Measurement in Clean Water. J. KMITNB. 2003;13(1):4–19.

[7] Arora S, Keshari AK. Estimation of re-aeration coefficient using MLR for modelling water quality of rivers in urban environment. Groundw. Sustain. Dev. 2018;7:430–435. doi: 10.1016/j.gsd.2017.11.006.

[8] Rojas Romero JA. Tratamiento de aguas residuales. Teoría y principios de diseño, 3rd ed. Bogotá. Colombia: Escuela Colombiana de Ingeniería, 2010.

[9] Mueller J, Boyle WC, Popel HJ. Aeration: principles and practice, 1st ed., vol. 11. Boca Raton, Filadelfia, USA, 2002.

[10] Inaba H. “Floating type energy saving water cleaning apparatus,” 3360075, 2005.

[11] Brown TW, Tucker CS. Pumping Performance of a Modified Commercial Paddlewheel Aerator for Split-Pond Aquaculture Systems. N. Am. J. Aquac. 2014;76(1):72–78. doi:10.1080/15222055.2013.860067.

[12] Suravut S, Hirunlabh J, Khedari J, Kiddee K. Stand Alone Water Wheel Low Speed Surface Aerator Chaipattana RX-2-3, Controller System. Energy Procedia. 2017;138:751–755. doi:10.1016/j.egypro.2017.10.214.

[13] Brown TW, Tucker CS, Rutland BL. Performance evaluation of four different methods for circulating water in commercial-scale, split-pond aquaculture systems. Aquac. Eng. 2016;70:33–41. doi: 10.1016/j.aquaeng.2015.12.002.

[14] Becker A, Whitfield AK, Cowley PD, Järnegren J, Næsje TF. Does boat traffic cause displacement of fish in estuaries?. Mar. Pollut. Bull. 2013;75(1–2):168–173. doi: 10.1016/j.marpolbul.2013.07.043.

[15] Balazik MT, et al. The Potential for Vessel Interactions with Adult Atlantic Sturgeon in the James River, Virginia. North Am. J. Fish. Manag. 2012;32(6):1062–1069. doi:10.1080/02755947.2012.716016.

[16] Uby L. Next steps in clean water oxygen transfer testing – A critical review of current standards. Water Res. 2019;157:415–434. doi: 10.1016/j.watres.2019.03.063.

[17] Blanco-Zuñiga CR, Rojas-Arias N, Peña-Pardo LY, Mendoza-Oliveros ME, Martinez- Ovalle SA. Study of the influence of clays on the transfer of dissolved oxygen in water. Ingeniería. 2021;26(1):1–8. doi: https://doi.
org/10.14483/23448393.15846.

[18] Cogate PR, Beenackers AA, Pandit AB. Multipleimpeller systems with a special emphasis on bioreactors: a critical review. Biochem. Eng. J. 2000;6:109–144.

[19] Blanco-Zúñiga C, Rojas-Arias N. Dissolved oxygen transfer using flatandcurves paddlewheel on a mechanical aerator. Prospectiva. 2021;19(1):1–10. doi: http:://doi.org/10.15665/rp.v19i1.2527.

[20] Ahmad T, Boyd CE. Design and peroormance of paddle wheel aerators. Aquac. Eng. 1988;7(1):39–62. doi: 10.1016/0144-8609(88)90037-4.

[21] Roy SM, Moulick S, Mal BC. Design Characteristics of Spiral Aerator. J. World Aquac. Soc. 2017;48(6):898–908. doi: 10.1111/jwas.12410.

[22] Abdelrahman HA, Boyd CE. Effects of mechanical aeration on evaporation rate and water temperature in aquaculture ponds. Aquac. Res. 2018;49(6):2184–2192. doi: 10.1111/ are.13674.

[23] Sander R. Compilation of Henry’s law constants (version 4.0) for water as solvent. Atmos. Chem. Phys. 2015;15(8):4399–4981.

[24] Bahadori A, Vuthaluru HB. Simple Arrhenius-type function accurately predicts dissolved oxygen saturation concentrations in aquatic systems. Process Saf. Environ. Prot. 2010;88(5):335–340. doi: 10.1016/j.psep.2010.05.002.

[25] Killgore KJ et al. Fish Entrainment Rates through Towboat Propellers in the Upper Mississippi and Illinois Rivers. Trans. Am. Fish. Soc. 2011;140(3):570–581. doi:10.1080/00028487.2011.581977.

[26] Quirós P. Determinación de modelos para la predicción de los coeficientes volumétricos de transferencia de masa (k L a) oxígeno-medio de cultivo en biorreactores tipo tanque agitado. Universidad de Costa Rica, 2014.

[27] Stenstrom MK, (Ben) Leu SY, Jiang P. Theory to Practice: Oxygen Transfer and the New ASCE
Standard. Water Environ. Found. 2006;4838–4852.

[28] Armstrong MS, Boyd CE. Oxygen Transfer Calculations for a Tractor-Powered Paddlewheel Aerator. Trans.Am.Fish.Soc.1982;111(3):361–366. doi:10.1577/1548-8659(1982)111<361:OTCFAT>2.0.CO;2.

[29] Moulick S, Mal BC. Performance Evaluation of Double-Hub Paddle Wheel Aerator. J. Environ. Eng. 2009;135(7):562–566. doi: 10.1061/ (asce)0733-9372(2009)135:7(562).

[30] Moulick S, Bandyopadhyay S, Mal BC. Design Characteristics of Single Hub Paddle Wheel Aerator. J. Environ. Eng. 2005;131(8):1147–1154. doi: 10.1061/(ASCE)0733-9372(2005)131:8(1147).

[31] Bahri S, Jufriadi, Anwar H. The Ineffectiveness of Water Splash on Paddlewheel Aerator,” IOP Conf. Ser. Earth Environ. Sci. 2019;268:012-162. doi: 10.1088/1755-1315/268/1/012162.
Publicado
2021-08-11
Sección
Artículos