Bolas de fibra sintética contra microcontaminantes

Cada año se utilizan en Alemania 8000 toneladas de medicamentos, y tan solo por el Rin, el río más grande del país, fluyen 10 toneladas de microplásticos. Las plantas convencionales de tratamiento de aguas residuales no pueden procesar tales cantidades de microcontaminantes. Por ello, la ciudad de Barntrup, en el estado federado alemán de Renania del Norte-Westfalia, ha equipado su planta de tratamiento de aguas residuales con una fase de limpieza para microcontaminantes, única en el mundo con los denominados Fuzzy Filter® de Bosman y automatización neumática de Festo.

Está demostrado que los microcontaminantes o las sustancias residuales tienen consecuencias graves para el medioambiente. Un ejemplo de ello son determinados betabloqueadores, antiepilépticos y anticonceptivos que, cuando llegan a las aguas, producen daños y modificaciones en órganos, características sexuales y comportamiento de los peces. Los daños en el organismo humano aún están siendo estudiados por los científicos.


Carbón activado como base

Una gran parte del microplástico, en tamaños desde cinco micrómetros hasta cinco milímetros, y de las sustancias residuales solo puede eliminarse en una cuarta fase de limpieza. Para ello, en un tanque de contacto se añade al agua carbón activado pulverizado. Con su estructura porosa y quebradiza, el carbón activado posee una enorme superficie interior. En términos físicos, una cucharadita de polvo de carbón activado ofrece una superficie del tamaño de un campo de fútbol. Las sustancias residuales tienen mucho espacio para depositarse en esta superficie. Para ello, el agua enriquecida con carbón activado permanece entre 15 y 20 minutos en el tanque de contacto. Para separar el carbón activado del agua después del proceso de limpieza, en las plantas convencionales se requiere un depósito adicional, el denominado tanque de sedimentación. En él, el carbón activado se decanta, para ser retirado y quemado a continuación junto con los lodos de depuración, lo que incluye las sustancias residuales adheridas. Además del tanque de contacto, también es necesaria una gran inversión en un tanque de sedimentación grande, que requiere una superficie de un tamaño enorme. Los resultados de mediciones realizadas indican que este procedimiento elimina el 80 por ciento de los restos de medicamentos y medios de contraste para rayos X presentes en las aguas residuales. Las plantas de tratamiento de aguas residuales que no disponen de esta cuarta fase de limpieza solo consiguen retener el 30 por ciento de las sustancias residuales detectadas.

Vídeo: Aguas residuales sin microplásticos ni medicamentos

En vez de realizar una gran inversión en un tanque de sedimentación, la ciudad de Barntrup se decidió por los filtros de alto rendimiento Fuzzy Filter®. Solo se necesitaba un pequeño edificio funcional, que puede apreciarse al fondo de la planta, junto a la carretera.

Eliminación del 95 por ciento

Sin embargo, la eliminación del 80 por ciento de los microcontaminantes no era suficiente para la pequeña ciudad de Barntrup, teniendo en cuenta que el agua purificada puede llegar a una zona de captación de agua potable a través del sistema fluvial. "Por este motivo, en Barntrup se decidieron por la primera planta de tratamiento de agua del mundo con filtros Fuzzy Filter® de la empresa Bosman Watermanagement", explica Frank Waermer, director ejecutivo e ingeniero asesor del estudio de ingeniería Danjes de la ciudad alemana de Detmold. "Con el sistema de filtrado utilizado conseguimos eliminar hasta el 95 por ciento de todas las sustancias residuales, así como limpiar de forma adicional el microplástico y el fósforo de las aguas residuales". El estudio de ingeniería Danjes ha planificado el sistema completo y coordinado su implementación.

"La pieza central del sistema de filtrado son las bolas Fuzzy Filter®", explica la doctora Kathrin Gantner, directora de la oficina de la empresa Bosman Watermanagement GmbH en Berlín. La empresa Bosman se dedica a la ingeniería de sistemas para filtrado y floculación. Las bolas Fuzzy Filter® están hechas de fibras sintéticas. Su forma de esfera con un diámetro de 33 milímetros se logra con un clip de sujeción. La gran porosidad y la escasa densidad de este material hacen que el sistema Fuzzy-Filter® absorba, como mínimo, una cantidad dos o tres veces mayor de sustancias sólidas filtrables que la arena o los filtros de tela, lo que la convierte en una verdadera fibra milagrosa contra microcontaminantes.

Alrededor y a través

A diferencia de los sistemas de filtrado convencionales, el líquido fluye tanto alrededor del material filtrante como a través de este, y no a lo largo de él, como ocurre en los filtros de arena. La suspensión que se filtra fluye a las cámaras de distribución bajo la cama de filtrado. En estas cámaras, el agua entrante se distribuye de forma uniforme por la superficie filtrante antes de fluir a la cama de filtrado a través de la placa perforada inferior, montada de forma fija. En la cama de filtrado se recogen los microcontaminantes adsorbidos por el carbón activado, así como el fósforo y el microplástico. A continuación, el agua filtrada abandona el Fuzzy Filter® a través de su capa superior.

Una vez se alcanza en la cama de filtrado un valor de turbidez predeterminado o una presión máxima previamente definida, se inicia el ciclo de retrolavado. En el retrolavado, las aguas crudas fluyen al filtro al mismo tiempo que un ventilador externo insufla aire para poner en movimiento el material filtrante. La corriente de aire crea turbulencias que hace "bailar" las bolas filtrantes que se mueven libremente entre las placas perforadas, de manera que las partículas de suciedad se desprenden y se eliminan del filtro.

El carbón activado se introduce en el tanque de aireación junto con el agua de lavado y se inicia un proceso de limpieza adicional, ya que el carbón activado aún tiene capacidad de carga tras el primer proceso de lavado. Después de un proceso de limpieza solo ha alcanzado una fracción de su capacidad de carga de sustancias residuales. "Este proceso puede repetirse varias veces, lo que hace que con el método Fuzzy Filter® de Bosman sea posible neutralizar más microcontaminantes que con el procedimiento de carbón activado de un solo uso. En este procedimiento, el carbón activado se mezcla y se retira con los lodos de depuración después de un único proceso de limpieza", explica Gantner.

Automatización sencilla

La apertura y el cierre automatizados de todas las mariposas y correderas para la entrada de aguas residuales cargadas con microcontaminantes y para la salida del agua limpia están a cargo de actuadores giratorios del tipo DAPS, así como de actuadores lineales DLP, todos ellos neumáticos. Otras mariposas y correderas con los actuadores neumáticos mencionados guían el aire de lavado y abren y cierran la salida de lodos. En la pequeña estación de bombeo, que bombea el agua de la fase de depuración biológica hasta la cuarta fase de limpieza, también hay correderas automatizadas.

En el actuador giratorio DAPS, el momento de giro se genera con una cinemática de palanca y biela para superar los altos pares de arranque de la válvula de proceso de asiento inclinado. Su diseño robusto y la variación del momento de giro garantizan la seguridad de las válvulas de proceso con asiento inclinado, con un ángulo de rotación de 90°, como válvulas de bola y de mariposa. Los actuadores lineales neumáticos DLP actúan directamente sobre la placa corredera, lo que permite una apertura y un cierre fiables, o también un desplazamiento exacto a diferentes posiciones de correderas de cierre o regulación.


La neumática en la tecnología de aguas residuales

Los terminales de válvulas modulares MPA con multipolo controlan los actuadores. Estos terminales de válvulas, junto con las unidades de mantenimiento de la serie MS6, están bien protegidos en armarios de maniobra que ha suministrado Festo listos para su instalación. "Nuestra experiencia en muchos de nuestros proyectos nos muestra que los componentes neumáticos de Festo son altamente robustos y fiables", explica Waermer. "En nuestros proyectos de aguas potables y residuales, los sistemas neumáticos son la elección perfecta en comparación con soluciones eléctricas, ya que los componentes neumáticos son considerablemente más económicos y compactos que los eléctricos. Además, ya vienen con protección contra explosiones y, con una reserva de aire comprimido, pueden seguir funcionando un tiempo determinado incluso en caso de fallo de corriente".

"Para la planificación y la ejecución del proyecto contamos todo el tiempo a nuestro lado con el experto de Festo Winfried Plaßmann, con toda su profesionalidad y dedicación", añade el experto en aguas residuales Hermann Klippenstein de Barntrup. "Lo que nos convenció no fue solo la fiabilidad y la estandarización de sus sistemas neumáticos, incluyendo la conexión al sistema de control de proceso, sino también la fiabilidad en el asesoramiento", explica el ingeniero Waermer.

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