Introducció

La formació d’escuma és un problema operatiu recurrent en les plantes de tractament d’aigües residuals i en els sistemes de gestió de fangs, on les proteïnes, els tensioactius i la matèria orgànica poden generar capes d’escumes persistents. Aquests episodis d’escumació interfereixen en la transferència d’oxigen, redueixen la capacitat hidràulica, provoquen despreniments i disminueixen el rendiment dels sensors i dels equips, tant en les etapes de tractament biològic como en les de tractament físic-químic. Per aquest motiu, l’ús eficaç d’antiescumants és fonamental per mantenir l’estabilitat del procés i l’eficiència operativa al llarg de tota la línia de tractament d’aigües residuals.

Entre les diferents estratègies industrials de control d’escuma, les formulacions basades en vehicles d’hidrocarburs, olis minerals o olis vegetals s’utilitzen àmpliament degut a la seva ràpida acció , estabilitat i compatibilitat amb matrius complexes d’aigües residuals. No obstant, les propietats intrínseques del fluid portador —com la polaritat, la capacitat de dispersió, la volatilitat, la biodegradabilitat i la resistència a la degradació biològica— desenvolupen un paper decisiu en el rendiment global d’un antiescumant.

Amb l’objectiu de comprendre millor aquests efectes, en aquest estudi es comparen tres formulacions desenvolupades a partir del mateix component actiu antiescumant, però utilitzant diferents sistemes de carrier:

  1. EMULTROL® DFM OLM-14: formulació base solvent formada per hidrocarburs i compostos orgànics, dissenyada per proporcionar un ràpid col·lapse de l’escuma i un efecte antiescumant que perdura en el temps en aplicacions de tractament d’aigües residuals i en aplicacions de tractament d’aigües residuals i fangs.
  2. EMULTROL® DFM OLM-14 WO: una versió basada en oli mineral blanc, desenvolupada com una alternativa més segura i sostenible als carriers tradicionals en base solvent, mantenint una excel·lent capacitat de dispersió i una acció antiescumant persistent.
  3. EMULTROL® DFM OLV-14: formulació basada en oli vegetal, específicament dissenyada per resistir la degradació en condicions de digestió biològica, garantint una activitat antiescumant sostinguda durant períodes prolongats d’operació.

Els tres productes són líquids de baixa viscositat, fàcils de dosificar sense necessitat de dilució prèvia, i estan dissenyats per un rang d’aplicacióp típic de 2 a 50 ppm. Els seus objectius tècnics comun – ràpida dispersió, supressió immediata de l’escuma i un rendiment de l’antiescumant persistent en el temps – els fan solucions adequades per a una gran varietat d’entorns de tractament d’aigües residuals.

Utilitzant medis de laboratori controlats representatius de condicions reals de formació d’escuma, incloent un medi ric en proteïnes a base de caseína i un medi sabonós basat en tensioactius, aquest  estudi avalúa i compara l’eficàcia d’eliminació de l’escuma, el comportament de la persistencia de l’escuma i la compatibilitat amb els diferents medis de les tres formulacions. En aïllar l’efecte del fluid portador i mantenir constant el principi actiu antiescumant, aquest treball proporciona una comprensió clara de com l’elecció del vehicle influeix en el rendiment operatiu i permet identificar la formulació òptima per als diferents escenaris de tractament d’aigües residuals.

 

Metodologia

L’avaluació de les tres formulacions antiescumants es va dur a terme mitjançant una sèrie d’assajos de laboratori dissenyats per avaluar tres aspectes funcionals clau: l’eficàcia d’eliminació de l’escuma, la persistència de l’efecte antiescumant i la compatibilitat amb medis representatius d’aigües residuals. Tots els experiments es van realitzar en condicions de laboratori controlades a 25 °C.

Per reproduir els principals escenaris de formació d’escuma que es presenten habitualment en el tractament d’aigües residuals, es van preparar dos medis model. El primer consistia en un medi ric en proteïnes a base de caseïnat sòdic (CSS), compost per un 2 % de caseïnat sòdic dispersat en aigua mitjançant agitació mecànica. El segon medi era una solució a base de tensioactius, preparada amb un 0,05 % de lauril èter sulfat de sodi (SLES) en aigua.

La generació d’escuma va seguir un procediment de dues etapes per garantir la formació d’una capa d’escuma uniforme i reproduïble. En primer lloc, cada medi es va sotmetre a una preagitació mitjançant un agitador magnètic per afavorir una dispersió adequada dels components. A continuació, es va introduir gas al sistema mitjançant nitrogen a un cabal de 10 L/min, utilitzant un difusor de gas. Tots els assajos es van dur a terme en un vas de precipitats de 1000 mL que contenia 200 mL del medi d’assaig. La generació d’escuma es va mantenir fins que el volum d’escuma va assolir aproximadament 800 mL, la qual cosa corresponia a l’alçada màxima del recipient.

Un cop assolida l’alçada d’escuma objectiu, l’antiescumant es va afegir directament sobre la superfície de l’escuma en l’instant inicial (t = 0). Durant els primers 30 segons, el volum d’escuma es va registrar cada 5 segons amb la finalitat de captar la dinàmica del col·lapse ràpid. A partir dels 30 segons i fins al final del període d’assaig de 10 minuts, les mesures es van realitzar cada 30 segons. Aquest procediment va permetre obtenir simultàniament informació sobre l’eficàcia inicial d’eliminació de l’escuma (knockdown efficiency), definida com la reducció immediata de l’escuma preformada, i sobre la persistència de l’efecte antiescumant, definida com l’evolució del volum d’escuma al llarg del temps després de l’addició de l’antiescumant. Les mesures de l’alçada de l’escuma es van convertir en volum d’escuma, cosa que va permetre representar directament el volum d’escuma en funció del temps per a cada rèplica experimental.

Tots els assajos s’han realitzat per triplicat i els resultats s’expressen com l’evolució del volum mitjà d’escuma en funció del temps per a cada formulació i cada medi d’assaig. Aquest enfocament va garantir la reproductibilitat dels resultats i va permetre realitzar una comparació visual clara del comportament dinàmic dels tres sistemes de vehicles, tant en condicions de formació d’escuma d’origen proteic com en aquelles basades en tensioactius.

Resultats

L’eficàcia de les tres formulacions antiescumants es va avaluar tant en el medi de CSS com en el medi de SLES, mitjançant el seguiment de l’evolució del volum d’escuma al llarg del temps. Les dues corbes de volum d’escuma en funció del temps mostren la velocitat d’eliminació de l’escuma (knockdown) i el rendiment antiescumant a llarg termini de cada producte en comparació amb el control sense tractament.

CSS MEDI

 

En el medi de CSS, les tres formulacions van produir un ràpid col·lapse de la capa inicial d’escuma de 800mL immediatament després de la seva addició. L’OLM-14 va presentar la velocitat més elevada d’eliminació de l’escuma, assolint nivells d’escuma pràcticament nuls durant els primers segons. L’OLM-14 WO, va mostrar un perfil de reducció similar, amb una velocitat lleugerament inferior, però amb una supressió molt estable. Per la seva banda, l’OLV-14 va exhibir una reducció inicial comparable, tot i que va mantenir els nivells d’escuma més baixos durant el període de temps més prolongat. Després del col·lapse inicial, les tres formulacions van mantenir el volum d’escuma pràcticament nul fins a les etapes finals de l’assaig, quan es va començar a observar una reaparició gradual de l’escuma. En aquest aspecte, l’OLV-14 va mostrar un efecte de reaparició més controlat.

SLES MEDI

 

En el medi de SLES, les diferències entre les tres formulacions van ser més evidents. L’OLM-14 va tornar a presentar la velocitat més elevada d’eliminació de l’escuma, mentre que el OLM-14 WO va proporcionar la supressió més estable i persistent durant tot l’assaig, mantenint el volum d’escuma pràcticament nul i sense una reparació significativa de l’escuma. Per contra, l’OLV-14 va mostrar una menor eficàcia en el medi amb tensioactius, amb un col·lapse de l’escuma més lent i una fase de reaparició de l’escuma més primerenca i més pronunciada. Aquest comportament és coherent amb la major compatibilitat i capacitat de dispersió dels sistemes basats en oli vegetal en entorns rics en tensioactius.

En amdòs medis d’assaig, el control sense tractament va mantenir pràcticament constant l’alçada inicial de l’escuma duran tot l’assaig, fet que confirma la necessitat i l’eficàcia de l’addició de l’antiescumant. Tots els resultats corresponen a la mitjana de tres rèpliques experimentals i mostren tendències consistents amb una baixa variabilitat.

Discussió

Els resultats posen de manifest que l’elecció del fluid portador influeix de manera significativa tant en el rendiment immediat com en el rendiment a llarg termini de les tres formulacions d’antiescumants. Tot i que tots els productes comparteixen el mateix principi actiu antiescumant, les diferències en la naturalesa del carrier, la seva capacitat de dispersió i la seva interacció amb el medi escumant donen lloc a comportaments diferenciats en els dos medis d’assaig.

En el medi de caseïnat sòdic (CSS), l’OLM-14 va proporcionar una velocitat més elevada d’eliminació de l’escuma, en consonància amb la ràpida capacitat d’extensió característica dels carriers basats en solvents. L’OLM-14 WO, tot i ser lleugerament més lent en la fase inicial, va mantenir una supressió de l’escuma molt estable al llarg del temps, reflectint un perfil de compatibilitat més equilibrat. L’OLV-14 va assolir una eficàcia inicial d’eliminació de l’escuma comparable, però va ser el que va mantenir durant més temps els nivells d’escuma més baixos. La moderada reaparició de l’escuma observada en la fase final de l’assaig va ser menor amb l’OLV-14, fet que suggereix una interacció més profunda, tot i que més lenta, amb el sistema ric en proteïnes.

En el medi de SLES, el comportament diferencial entre les formulacions es va fer encara més evident. Les escumes estabilitzades per tensioactius són més diícils d’eliminar i, un cop més, el OLM 14 va demostrar una eficàcia superior en l’eliminació inicial de l’escuma. El OLM-14 WO va proporcionar la supressió més estable durant tot l’assaig, mantenint nivells d’escuma molt baixos i sense una reaparició significativa de l’escuma. Pel contrari, el OLV-14 es va dispersar amb una profunditat superior en la matriu rica en tensioactius, el que va propiciar una eliminació de l’escuma més lenta i a una reaparició més acusada de l’escuma. Aquest comportament és coherent amb una compatibilitat superior dels carrier basats en oli vegetal en entorns amb alta concentració de detergents.

En resum, l’estudi confirma que, tot i que les tres formulacions donen lloc a antiescumants eficaços, els seus perfils de rendiment difereixen de manera significativa en funció de la composició del medi. Aquests resultats posen de manifest la importància de seleccionar el sistema de carrier més adequat en funció dels reptes específics de formació d’escuma presents en els processos de tractament d’aigües residuals.

Conclusions

Aquest estudi demostra que el sistema de carrier exerceix un paper decisiu en el rendiment de les formulacions antiescumants, fins i tot quan el principi actiu es manté invariable. En ambdós medis d’assaig, OLM 14, basat en dissolvents, va proporcionar la velocitat més elevada d’eliminació de l’escuma, fet que confirma la seva idoneïtat per a aplicacions que requereixen una supressió immediata de l’escuma. OLM 14 WO va mostrar el comportament més estable i persistent en ambdós medis, fet que el converteix en una excel·lent opció quan es requereix un control durador de l’escuma juntament amb un carrier més segur i de menor volatilitat. Per la seva banda, OLV 14 va oferir la major persistència de l’efecte antiescumant en el medi ric en proteïnes, tot i que va presentar una menor eficàcia en el medi amb tensioactius, un comportament coherent amb la major compatibilitat dels carriers basats en oli vegetal en sistemes amb una elevada concentració de detergents.

D’acord amb els resultats obtinguts, l’OLM-14 és la formulació més adequada per a intervencions que requereixen una eliminació ràpida de l’escuma; l’OLM-14 WO constitueix la millor opció per a aplicacions que exigeixen un control estable i durador; mentre que l’OLV-14 és l’alternativa preferent per a sistemes biològicament actius, en els quals la preservació de l’activitat enzimàtica i la resistència a la biodegradació són factors crítics .

En definitiva, els resultats obtinguts posen de manifets que no existeix una formulació universalment òptima; cada producte ofereix avantatges específics en funció de l’entorn de formació d’escuma i dels requisits operatius del procés. Per determinar l’antiescumant més adequat per a una aplicació industrial, els resultats obtinguts al laboratori s’han de complementar amb assajos en condicions reals d’operació, ja que el rendiment final també depèn de factors com l’estratègia de dosificació, el punt d’injecció, les condicions de mescla i les característiques específiques del corrent d’aigües residuals.

Do not hesitate to contact us for further information.

CONTACTA'NS