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Aireación para la oxigenación de aguas

Aireación para la oxigenación de aguas

Oxígeno en las masas de agua

Las masas de agua son pequeños ecosistemas donde habitan diversas formas de vida tales como: Plantas, animales o bacterias. Todos esto organismos vivos requieren de oxígeno para su supervivencia, por lo que una correcta concentración de oxígeno disuelto en el agua es fundamental para tener un ecosistema saludable.

Como es consumido el oxígeno

Tanto las plantas como los animales consumen oxígeno para su supervivencia. Sin embargo los grandes consumos de oxígeno en las masas de agua se producen por la descomposición de la materia orgánica en las profundidades del lago o del río. Cuando las plantas o los animales mueren, caen al fondo de la masa de agua comenzando así su descomposición. Es este proceso de descomposición el que provoca la carencia de oxígeno disuelto en la masa de agua.

¿Por qué airear?

La aireación aumenta el proceso natural de oxigenación de las masas de agua a la vez que asegura la presencia de oxígeno disuelto en la masa de agua evitando la aparición de  condiciones anaeróbicas.

Difusores de burbuja fina y gruesa

Aunque la aireación mediante burbujas gruesas parece más efectiva, se trata simplemente de un efecto visual ya que se estima que la aireación mediante burbuja fina es 6,6 veces más eficaz que la burbuja gruesa. Además las burbujas finas provocan la circulación vertical de la columna de agua, evitando la estratificación horizontal. De la misma manera provoca una eficaz agitación de la masa de agua, reduciendo la sedimentación anaeróbica.

Inyectores

Los inyectores mezclan aire y agua de forma conjunta suministrando un chorro de agua y burbujas de aire que crea un excelente movimiento horizontal de la masa de agua. Sin embargo, al emplear aire atmosférico podemos producir una sobresaturación de nitrógeno en el agua, provocando condiciones tóxicas. Si a ello le sumamos la incapacidad de aireación vertical, podemos ver que no es el sistema idóneo para evitar condiciones anaeróbicas en las profundidades de las masa de agua.

Agitación mecánica y fuentes

Existe una gran oferta en el mercado de agitadores superficiales como las ruedas con palas o las bombas. Cada uno de estos sistemas emplea parte de su energía cinética en levantar el agua permitiendo que grandes cantidades de airea penetren en el agua. Sin embargo y pese a ser muy vistosos y estéticos, este tipo de aireación solo es efectiva en la parte que rodea al equipamiento por lo que su uso es limitado. Además, para profundidades superiores a un metro, podemos encontrar condiciones anaeróbicas en las profundidades del lago, por lo que su uso es muy restringido y acotado.

Conductividad

La conductividad es la concentración de sales disueltas en el agua, siendo un elemento importante dentro del hábitat de los animales acuáticos. Dependiendo de la salinidad del agua, tendremos una fauna y flora diferente a la que tendríamos en condiciones de conductividad diferente. Sin embargo, los peces que habitan en aguas más saladas suelen ser más tolerantes a rangos de conductividad más amplios.

La conductividad superficial viene condicionada por el clima. Durante las estaciones de menor lluvia, el agua se evapora aumentando la conductividad del agua restante, sin embargo en épocas lluviosas, al contar con el aporte de agua dulce de la lluvia, la conductividad se verá reducida.

Fósforo

El fósforo es un nutriente vegetal que a su vez puede ser un contaminante ya que contribuye a la floración de las algas de igual manera que el nitrógeno. De hecho, el fósforo a menudo es el elemento limitante del crecimiento de las plantas acuáticas, por lo que sí existe una elevada concentración de fósforo, las plantas no encontrarán trabas para su desarrollo.

Con la adición de fósforo, el crecimiento de las plantas y su posterior paso a materia orgánica, puede acelerar y eventualmente dañar un ecosistema por el agotamiento de los niveles de oxígeno.

pH

En valor del pH en las masas de agua es importante para la vida de las plantas y de los animales. La mayoría de los animales están adaptados a condiciones neutras por lo que un cambio en el valor del pH puede cambiar sus condiciones. De la misma manera diferentes valores de pH afectan también el paso a fase gas de distintos compuestos  como por ejemplo el ácido sulfhídrico.

Alcalinidad

La alcalinidad no es un contaminante, sino una medida de las sustancias presentes en el agua con capacidad para neutralizar un ácido, pero no se debe confundir con el pH ya que este mide la fuerza de un ácido o base.

Podemos definir la alcalinidad como la capacidad de un cuerpo para evitar que su pH cambie.

Además la alcalinidad es importante para los peces y la vida acuática, ya que los protege de los posibles cambios del pH, haciendo de la masa de agua un medio menos vulnerable. Las principales fuentes de alcalinidad naturales son las rocas, ya que contienen compuestos de carbonato, bicarbonato e hidróxido.

Nitratos

Los nitratos son el nutriente vegetal que ayuda a las plantas a crecer. El nitrato está presente en la naturaleza en cantidades muy pequeñas pero cuando las plantas y los animales mueren, producen amoniaco durante los procesos de descomposición. Las bacterias son las encargadas de convertir el amoniaco en nitrato, sin embargo las aguas contaminadas o el estiércol contienen niveles mucho más elevados de lo normal.

Cuando en una masa de agua tenemos niveles de nitratos por encima del valor normal, las algas y otras plantas crecen muy rápidamente por lo que un crecimiento excesivo puede eutrofizar el lago, cambiando el aspecto de este. El agua se vuelve turbia y aumenta la temperatura.

Pero cuando la planta muere, las bacterias empiezan a descomponer la materia orgánica consumiendo oxígeno y llegando incluso a producir la muerte masiva de peces por asfixia.

Turbidez

Los sólidos suspendidos impiden que la luz solar penetre en la columna de agua, haciendo que el lago o el río parezcan opacos y con muy poca transparencia. Debemos de saber que hay múltiples posibles causas que aportan una excesiva turbidez al agua, desde un suelo erosionado y poco compactado, hasta el mismo movimiento de la tierra que pueden provocar el paso de los peces.

Una turbidez excesiva, acrecienta las diferencias de temperaturas entre los distintos niveles del agua, provocando que la parte superficial tenga una mayor temperatura que la termoclina más profunda.

Tamaño de la burbuja

En cualquier sistema de aireación, es muy importante conocer la velocidad con la que la burbuja asciende hacia la superficie. Una velocidad de ascenso menor aumenta el tiempo de contacto entre la burbuja y el agua, mientras que una velocidad de ascenso mayor, disminuye el tiempo de contacto entre el agua y el aire.

Es por ello que un tamaño de burbuja pequeño, posee una velocidad de ascensión relativamente menor que un tamaño de burbuja mayor, que alcanzaría la superficie más rápidamente. Esto es debido a que las burbujas cuando suben hacia la superficie arrastran el agua creando fricción, por lo que como las burbujas pequeñas poseen una mayor área que una burbuja grande, la velocidad de ascensión de estas será menor.

Una burbuja gruesa de 20mm tendría un volumen de 4.19 cm3 y una superficie de 12.6 cm2.

Sin embargo, en una burbuja de 20mm caben 296 burbujas de 3mm cada una con lo que la superficie total sería de 83.6 cm2.

Además, destacar que aunque aparentemente la burbuja gruesa parece más eficaz, se trata de un efecto visual ya que se ha estimado que la aireación con burbuja fina es 6.6 veces más eficaz que la aireación con burbuja gruesa. Por lo que las burbujas finas crean una circulación vertical eficiente.

Este continúo movimiento ascendente de las burbujas, desestratifica la masa de agua con lo que previene la formación de aguas sépticas en la parte más profunda, reduciendo el sedimento y mejorando en gran medida la calidad del agua.

¿Qué es la estratificación térmica?

La estratificación térmica es el efecto que ocurre en un lago o masa de agua en el que existen estratos horizontales que impiden o dificultan la  mezcla de toda la masa de agua. Esto es debido a que el agua que se encuentra en la parte más superficial de la masa de agua tiene una temperatura superior a la que se encuentra en las profundidades, este aumento de temperatura lleva implícito una disminución de la densidad del fluido. Llega un momento en el que la diferencia de densidades es tal que el agua fría y densa no se mezcla con el agua caliente y menos densa, igual que ocurre con el agua y el aceite en un vaso.

¿Cómo prevenir la estratificación térmica?

Los sistemas de aireación mediante manguera, al instalarse en las profundidades de las masas de agua, son un método muy efectivo para prevenir y eliminar la estratificación térmica ya que fuerzan al agua situada en los diferentes estratos a mezclarse entre sí, obteniendo una distribución uniforme de las temperaturas en todo el lago.

La cantidad de agua que físicamente se “mueve” mediante el proceso de aireación dependerá de la cantidad de aire inyectado y de la profundidad de instalación de las mangueras de aireación. Sin embargo, podemos utilizar como referencia que un sistema de aireación instalado a 30 metros de profundidad desplazará 200 m3 de agua por cada 1m3 de aire inyectado.

 

La desestatificación en la acuacultura

Los sistemas de aireación mediante mangueras también son aplicables a piscifactorías, acuarios, etc. En esto casos ayudarán a la correcta dispersión de los alimentos y fomentarán el proceso natural de degradación de la materia orgánica.

Eficiencia

La eficiencia de los sistemas de aireación a menudo es expresada como kg·O2/Kw y depende de varios factores tal y como veremos:

O2 disuelto

Esto significa que cuando procedemos a airear un sistema anaeróbico los resultados serán excelentes, ya que es más sencillo disolver oxígeno en aguas anaeróbicas, sin embargo si partimos de situaciones aeróbicas la eficiencia se verá mermada ya que a medida que nos aproximamos al 100% de O2 disuelto, la eficiencia de la aireación se acerca a 0%.

Profundidad

Podríamos establecer la frontera que separa la aireación profunda con los agitadores superficiales en 1 metro de profundidad, ya que a partir de estas profundidades los sistemas superficiales pierden su eficacia y es donde los sistemas de aireación profunda mejor realizan su cometido.

Temperatura del agua

La eficiencia de todos los dispositivos de aireación se reduce a medida que aumenta la temperatura, ya que la solubilidad del oxígeno es menor a temperaturas altas.

Composición química del agua

La composición química de la masa de agua a tratar tiene una gran influencia en la eficiencia de los sistemas de aireación. Por ejemplo, la eficiencia se reduce a medida que aumenta la concentración de materia orgánica del agua. Sin embargo la eficiencia del sistema de aireación se verá beneficiada por la salinidad del agua, por estos motivos es fundamental conocer la composición química del agua a tratar.

¿Tiene alguna duda acerca de la aireación para la oxigenación del agua?

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