Filtración directa a escala piloto de las aguas residuales de la cría de ranas toro

Informe resumen a escala piloto sobre el tratamiento de las aguas residuales de la cría de ranas toro mediante la tecnología de filtración directa de tres fases

Nombre del proyecto: Ensayo de filtración directa a escala piloto de las aguas residuales de la piscicultura de ranas toro

Período de pruebas a escala piloto: del 1 de noviembre de 2023 al 31 de diciembre de 2023

Sitio de pruebas a escala piloto: Base de Cría de Ranas Toro XX, ciudad de Huizhou

Informe elaborado por: Myfuter Water (Guangdong) Co., Ltd.

I. Antecedentes del proyecto

La piscicultura de ranas se caracteriza por una alta densidad de siembra, una alimentación intensiva y una considerable producción de excretas. El efluente acuícola resultante está compuesto principalmente por alimento no consumido, heces, sólidos en suspensión y materia orgánica que contiene nitrógeno y fósforo, presentando una elevada demanda química de oxígeno (DQO), una alta concentración de sólidos en suspensión y importantes fluctuaciones en la calidad del agua. Los procesos convencionales de pretratamiento —como la sedimentación, la flotación por aire disuelto y el tratamiento biológico— adolecen de limitaciones tales como un gran requerimiento de superficie, un alto consumo de reactivos químicos y una operación y mantenimiento complejos, lo que dificulta su adaptación a las normas de descarga cada vez más estrictas para los efluentes de la acuicultura.

Con el fin de explorar tecnologías eficientes, bajas en carbono e intensivas para el pretratamiento de las aguas residuales de la acuicultura, este estudio a escala piloto empleó un proceso de filtración directa “tres sin”: sin necesidad de energía externa, sin consumibles y sin tratamiento previo de la calidad del agua de entrada, para filtrar directamente las aguas residuales de la cría de ranas toro. Se evaluó el desempeño de este enfoque en cuanto a la eliminación de sólidos en suspensión, la reducción de contaminantes y la estabilidad operativa, con el objetivo de proporcionar una base científica para posteriores aplicaciones ingenieriles a escala plena.

II. Objetivos de la prueba a escala piloto

1. Evaluar la eficiencia de remoción del sistema de filtración directa “tres sin” para sólidos suspendidos (SS), demanda química de oxígeno (DQO), fósforo total (PT) y nitrógeno total (NT) en las aguas residuales de la acuicultura de rana toro.

2. Evaluar la estabilidad operativa y la resistencia a los choques del sistema en condiciones sin dosificación de productos químicos o con apenas trazas de estos;

3. Evaluar los costos de operación del sistema (consumo de electricidad, consumo de productos químicos y mantenimiento), así como las características de la producción de lodo;

4. Proporcionar parámetros de diseño y recomendaciones operativas para aplicaciones posteriores a gran escala.

III. Descripción general de la prueba piloto

3.1 Sitio de ensayo y fuentes de aguas residuales

Las pruebas a escala piloto se llevaron a cabo en la Granja XX Bullfrog, ubicada en Huizhou. La muestra de aguas residuales fue obtenida del canal de efluente de los estanques de acuicultura y presentó fluctuaciones significativas en la calidad del agua, así como características típicas de aguas residuales de acuicultura de alta concentración.

3.2 Equipo de ensayo

Se emplea un sistema integrado de filtración directa tres en uno, montado sobre bastidor, con una capacidad de tratamiento de diseño de 2 a 3 m³/h. La unidad central de filtración está compuesta por un conjunto de cartuchos filtrantes ASSFBR antifouling y cuenta con un sistema automático de retrolavado, lo que permite un funcionamiento continuo.

3.3 Plan de pruebas

La prueba a escala piloto se divide en tres fases:

3.4 Calidad del agua cruda

IV. Resultados y análisis de la prueba a escala piloto  

4.1 Eficiencia de eliminación de sólidos suspendidos (SS)

Análisis: En condiciones sin adición de productos químicos, la tasa de eliminación de sólidos suspendidos se mantiene estable por encima del 80%; tras la incorporación de una cantidad traza de PAC, la eficiencia de eliminación aumenta hasta superar el 96%, con los sólidos suspendidos en el efluente manteniéndose constantemente por debajo de 20 mg/L, cumpliendo así los requisitos de entrada para el tratamiento bioquímico posterior.

4.2 Eficiencia de eliminación de materia orgánica (DQO)

Análisis: La filtración directa sin tres etapas presenta una eliminación limitada del COD disuelto, pero retiene de manera eficaz el COD en suspensión y coloidal. Durante las etapas dos y tres, la tasa de eliminación del COD se mantiene estable por encima del 55%, lo que reduce significativamente la carga orgánica sobre el sistema de tratamiento bioquímico posterior.

4.3 Eficiencia de eliminación del fósforo total (TP)

Análisis: En las aguas residuales de la acuicultura de ranas toro, el fósforo se encuentra principalmente en forma particulada. Durante la Fase 1, la filtración física por sí sola logra una cierta eliminación del fósforo particulado; en la Fase 2, la adición de PAC mejora significativamente la eliminación del fósforo total (PT) mediante la floculación, estabilizándola por encima del 95 %.

4.4 Eficiencia de eliminación del nitrógeno amoniacal (NH₃-N) y del nitrógeno total (TN)

Análisis: El proceso de filtración directa sin tres etapas no elimina directamente el nitrógeno amoniacal disuelto, pero sí retiene una cierta cantidad de nitrógeno orgánico en suspensión, lo que conduce a una reducción moderada del nitrógeno total. La eliminación del nitrógeno amoniacal depende del tratamiento bioquímico posterior.

4.5 Turbidez y color

· Fase 1: La turbidez promedio del agua producida es de 32 NTU, con una reducción notable del color.

· Fase 2/3: La turbidez media del agua producida es de 6,5 NTU, con una calidad del agua clara y transparente y una eliminación casi total del color.

4.6 Estabilidad operativa y resistencia a los choques

Durante el ensayo a escala piloto, el sistema operó de manera continua durante 60 días, soportando múltiples fluctuaciones en la calidad del agua de entrada (con picos instantáneos de sólidos suspendidos que alcanzaron 400 mg/L), sin embargo, la calidad del efluente se mantuvo estable, sin observarse obstrucciones ni reducciones bruscas del caudal. El sistema automático de retrolavado funcionó correctamente, requiriendo un mantenimiento extremadamente infrecuente.

V. Generación y eliminación de lodos

Conclusión: El lodo con bajo contenido de humedad y volumen reducido puede deshidratarse y prensarse directamente para su utilización como materia prima en la producción de abonos orgánicos o transportarse fuera del sitio para su disposición, logrando una reducción de aproximadamente el 50 % del lodo en comparación con la flotación por aire disuelto convencional.

VI. Contabilidad de costos de operación

En comparación con el proceso convencional de flotación‑sedimentación por aire (con un costo operativo de aproximadamente 1,5 a 2,5 yuanes por tonelada de agua), el costo operativo se reduce en más del 65 %.

VII. Conclusiones de la prueba a escala piloto

1. Rendimiento significativo del tratamiento: La tecnología de filtración directa “tres sin” logra tasas estables de eliminación de sólidos suspendidos (SS) de ≥95%, de fósforo total (TP) de ≥95% y de demanda química de oxígeno (DQO) de ≥55% en las aguas residuales de la acuicultura de rana toro, con una turbidez del efluente ≤8 NTU, proporcionando así condiciones de afluente de alta calidad para el tratamiento bioquímico posterior.

2. Operación estable y confiable: El sistema presenta una alta resistencia a los choques, adaptándose de manera eficaz a las amplias variaciones en la calidad de las aguas residuales de la acuicultura de rana toro. Durante su operación continua, no presenta obstrucciones ni disminución del caudal, y su manejo y mantenimiento automatizados son sencillos.

3. Ventajas económicas destacadas: el costo operativo total es de aproximadamente 0,7 RMB por tonelada de agua, lo que representa una reducción superior al 65 % en comparación con los procesos convencionales; el volumen de lodos se reduce en un 50 %, lo que conlleva una disminución sustancial de los costos de disposición.

4. Potencial de recuperación de recursos: El lodo sólido interceptado está compuesto principalmente por restos de alimento y heces, sin aditivos químicos residuales, lo que lo hace adecuado como materia prima para la producción de abono orgánico y permite la recuperación de recursos.

5. Valor de promoción en ingeniería: El equipo integrado montado sobre patín ocupa un espacio reducido y es altamente móvil, lo que lo hace especialmente adecuado para proyectos de nueva construcción o de modernización en granjas de rana toro descentralizadas.

VIII. Recomendaciones de seguimiento

1. Realizar pruebas piloto a escala ampliada: Se recomienda validar el proceso a una escala mayor (10–50 m³/d) y optimizar aún más los parámetros de operación.

2. Proceso integrado de tratamiento bioquímico: Se estudia un proceso combinado que incluye “filtración directa sin pretratamiento y tratamiento bioquímico de alta eficiencia (como MBR y oxidación por contacto)” para lograr el cumplimiento estable de los estándares de descarga en los efluentes de la acuicultura.

3. Exploración de vías de recuperación de recursos: Realizar análisis composicionales y ensayos de recuperación de recursos sobre los residuos sólidos interceptados, con el fin de desarrollar aplicaciones en la producción de fertilizantes orgánicos o en la digestión anaerobia.

Informe elaborado por: Myfuter Water (Guangdong) Co., Ltd.

Fecha: 15 de enero de 2024

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