Separación sólido-líquido en estanques de acuicultura: el papel pasado por alto del PAM

Busque estudios de casos de poliacrilamida y encontrará lodos municipales, relaves de minas y agua producida en yacimientos petrolíferos cubiertos en detalle. La acuicultura apenas recibe una mención. Esto es extraño, porque una sola granja camaronera intensiva que ejecuta un sistema de recirculación de acuicultura (RAS) puede generar más sólidos en suspensión por metro cúbico de agua que una pequeña planta de tratamiento municipal, sólo que sin las tuberías y permisos que hacen visible el problema.

Parte de la razón por la que esta aplicación permanece fuera del radar es su escala. Los estanques individuales son pequeños en comparación con un lavadero de carbón o una fábrica de papel, por lo que la industria rara vez aparece en la literatura sobre floculantes. Pero la lógica operativa dista mucho de ser sencilla. Los fondos de los estanques acumulan heces, alimento no consumido y biomasa muerta que deben eliminarse durante el drenaje y la limpieza. Las unidades RAS generan un flujo continuo de sólidos finos que obstruyen los biofiltros si no se tratan. Ambos problemas se reducen a la misma pregunta subyacente que direcciones de separación sólido-líquido en toda la gestión de residuos en general : ¿Cómo se extrae del agua materia orgánica fina, a menudo gelatinosa, lo suficientemente rápido como para mantener una operación en funcionamiento?

▶ ¿Qué diferencia a los lodos de estanques y de sistemas de recirculación?

Los efluentes de acuicultura no se comportan como las corrientes de aguas residuales para las que están escritas la mayoría de las guías sobre floculantes. Tres propiedades lo distinguen.

• El contenido orgánico domina sobre el contenido mineral. La materia fecal y el alimento residual son blyos, de baja densidad y altamente comprimibles, por lo que los flóculos colapsan o resuspenden más fácilmente que el lodo mineral de una mina o cantera;
• La carga de nitrógeno es alta. El alimento no consumido y los desechos metabólicos elevan los niveles de amoníaco y nitrógeno total muy por encima de lo que transportaría una corriente de aguas residuales industriales comparable, lo que afecta tanto los límites regulatorios como la estabilidad biológica del flóculo;
• La salinidad y la temperatura varían según la especie y la estación. Un estanque de camarones puede funcionar en cualquier lugar, desde agua casi dulce hasta agua de mar con salinidad total, y los sistemas RAS marinos operan en condiciones que las granjas de truchas de agua dulce nunca ven. Ambas variables cambian la forma en que una cadena de polímero se extiende en solución y la rapidez con la que puede unir partículas.

En los Estados Unidos, los estanques y los sistemas de flujo que producen al menos 100.000 libras de animales acuáticos al año están sujetos a las directrices federales sobre efluentes, e incluso las operaciones más pequeñas normalmente todavía necesitan un permiso de descarga. el Marco de permisos de descarga de acuicultura de la EPA establece límites de sólidos suspendidos que la mayoría de los efluentes de estanques no tratados no pueden cumplir con la sedimentación sola, que es exactamente donde un paso de floculación gana su costo.

▶ Dónde ocurre realmente la separación sólido-líquido en una granja

Hay tres puntos distintos en los que este problema aparece, y cada uno de ellos requiere un enfoque ligeramente diferente.

a) El primero es el sedimento del fondo del estanque durante el drenaje o la limpieza periódica. Es necesario deshidratar años de lodo acumulado antes de su eliminación o aplicación al suelo, y sin un paso de coagulación, este lodo puede tardar días en asentarse y aún dejar un residuo espeso y difícil de manejar;

b) El segundo es el retrolavado de filtración mecánica de un RAS. Los filtros de tambor y los tanques de sedimentación capturan sólidos continuamente, pero la corriente de lodo resultante suele tener solo entre 1 y 2% de sólidos en peso. Aumentar esa concentración antes de desecharla, o antes de introducirla en un digestor de biogás, es donde El papel de la poliacrilamida catiónica en la deshidratación de lodos. pasa a ser directamente relevante, aunque la composición del lodo sea biológica más que municipal;

c) El tercero es la clarificación del agua de descarga. Antes de que el efluente del estanque o RAS llegue a un cuerpo de agua receptor, los sólidos suspendidos y la turbidez deben descender a niveles que cumplan con los permisos, y la floculación suele ser la forma más rápida de llegar allí sin una gran huella de cuencas de sedimentación.

▶ Elegir entre PAM catiónica y aniónica para esta configuración

Los sólidos orgánicos de los piensos y las heces tienen una carga superficial neta negativa, razón por la cual la poliacrilamida catiónica tiende a superar a las calidades aniónicas en esta aplicación. La carga positiva neutraliza la superficie de las partículas directamente y promueve la formación de flóculos rápidos y compactos, lo cual es importante cuando los operadores agrícolas desean un cambio rápido entre la limpieza y el llenado de un estanque.

Mientras tanto, los grados aniónicos o no iónicos todavía tienen un lugar. En sistemas donde ya se dosifica un coagulante como el cloruro de polialuminio para manejar la turbiedad mineral o el fosfato, un polímero aniónico puede servir como agente puente secundario para formar flóculos más grandes y más sedimentables. el lógica general para elegir entre poliacrilamida aniónica y catiónica todavía se aplica aquí, pero la suposición inicial debería ser catiónica dada la naturaleza orgánica y cargada negativamente de los sólidos de la acuicultura.

El peso molecular importa tanto como el tipo de carga. Las partículas de alimento y el biofloc son relativamente livianos y de baja densidad, por lo que generalmente se necesita un grado de peso molecular más alto para formar un flóculo lo suficientemente grande como para sedimentarse rápidamente, particularmente en sistemas de agua fría como las granjas de salmón donde la velocidad de sedimentación cae con la temperatura. Hengfeng's Línea de emulsión de poliacrilamida catiónica. and Línea de emulsión de poliacrilamida aniónica. ambos ofrecen una variedad de pesos moleculares que pueden adaptarse a estas condiciones en lugar de tratar la elección como una solución única para todos.

▶ Consideraciones de dosificación exclusivas del agua de acuicultura

La salinidad cambia el comportamiento de una cadena de poliacrilamida en solución. En agua con alta salinidad, la bobina de polímero se contrae, lo que acorta su alcance efectivo para unir partículas. Las granjas que operan en condiciones marinas o salobres a menudo necesitan una dosis ligeramente más alta que una operación de agua dulce que trata una carga de sólidos similar, simplemente para compensar esa contracción.

La temperatura añade una segunda capa. El agua fría ralentiza tanto la cinética de la reacción química como la velocidad de sedimentación física de los flóculos, razón por la cual las operaciones en climas fríos a veces extienden el tiempo de contacto de la floculación en lugar de aumentar la dosis, ya que una sobredosis puede reestabilizar las partículas y, de hecho, empeorar la turbiedad.

También existe una limitación biológica que el tratamiento de aguas residuales industriales no tiene que considerar: el polímero residual o el monómero sin reaccionar que llega a un estanque vivo o a un sistema de recirculación aguas abajo puede estresar o dañar a los animales de granja. La dosificación necesita un margen de seguridad incorporado, y el agua tratada destinada a la reutilización debe analizarse para detectar polímeros residuales antes de que vuelva a ingresar a un tanque de cultivo.