Introducción

La formación de espuma es un problema operativo recurrente en las plantas de tratamiento de aguas residuales y en los sistemas de gestión de lodos, donde las proteínas, los tensioactivos y la materia orgánica pueden generar capas de espuma persistentes. Estos episodios de espumación, interfieren en la transferencia de oxígeno, reducen la capacidad hidráulica, provocan desbordamientos y disminuyen el rendimiento de los sensores y de los equipos, tanto en las etapas de tratamiento biológico como en las de tratamiento fisicoquímico. Por ello, el uso eficaz de antiespumantes es fundamental para mantener la estabilidad del proceso y la eficiencia operativa a lo largo de toda la línea de tratamiento de aguas residuales.

Entre las estrategias industriales de control de espuma, las formulaciones basadas en vehículos de hidrocarburos, aceites minerales o aceites vegetales se utilizan ampliamente debido a su rápida acción, estabilidad y compatibilidad con matrices complejas de aguas residuales. Sin embargo, las propiedades intrínsecas del fluido portador —como la polaridad, la capacidad de dispersión, la volatilidad, la biodegradabilidad y la resistencia a la degradación biológica— desempeñan un papel decisivo en el rendimiento global de un antiespumante.

Con el fin de comprender mejor estos efectos, en este estudio se comparan tres formulaciones desarrolladas a partir del mismo componente activo antiespumante, pero empleando diferentes sistemas de carrier:

  1. EMULTROL® DFM OLM-14: formulación base solvente compuesta por hidrocarburos y compuestos orgánicos, diseñada para proporcionar un rápido colapso de la espuma y un efecto antiespumante duradero en aplicaciones de tratamiento de aguas residuales y lodo.
  2. EMULTROL® DFM OLM-14 WO: una versión basada en aceite mineral blanco, desarrollada como una alternativa más segura y sostenible a los carriers tradicionales en base solvente, manteniendo una excelente capacidad de dispersión y una acción antiespumante persistente.
  3. EMULTROL® DFM OLV-14: formulación basada en aceite vegetal, específicamente diseñada para resistir a la degradación en condiciones de digestión biológica, garantizando una actividad antiespumante sostenida durante períodos prolongados de operación.

Los tres productos son líquidos de baja viscosidad, fáciles de dosificar sin necesidad de dilución previa, y están diseñados para un rango de aplicación típico de 2 a 50 ppm. Sus objetivos técnicos comunes-rápida dispersión, supresión inmediata de la espuma y un rendimiento antiespumante duradero- los hacen adecuados para una amplia variedad de entornos de tratamiento de aguas residuales.

Utilizando medios de laboratorio controlados representativos de condiciones reales de formación de espuma, incluyendo un medio rico en proteínas a base de caseína y un medio jabonoso basado en tensioactivos, este estudio evalúa y compara la eficacia de eliminación de la espuma, el comportamiento de la persistencia de la espuma y la compatibilidad con los distintos medios de las tres formulaciones. Al aislar el efecto del fluido portador y mantener constante el principio activo antiespumante, este trabajo proporciona una comprensión clara de cómo la elección del vehículo influye en el rendimiento operativo y permite identificar la formulación óptima para diferentes escenarios de tratamiento de aguas residuales.

 

Metodología

La evaluación de las tres formulaciones antiespumantes se llevó a cabo mediante una serie de ensayos de laboratorio diseñados para evaluar tres aspectos funcionales clave: la eficacia de eliminación de la espuma, la persistencia del efecto antiespumante y la compatibilidad con medios representativos de aguas residuales. Todos los experimentos se realizaron en condiciones de laboratorio controladas a 25 °C.

Para reproducir los principales escenarios de formación de espuma que se presentan habitualmente en el tratamiento de aguas residuales, se prepararon dos medios modelo. El primero consistió en un medio rico en proteínas a base de caseinato sódico (CSS), compuesto por un 2 % de caseinato sódico dispersado en agua mediante agitación mecánica. El segundo medio fue una solución a base de tensioactivos, preparada con un 0,05 % de lauril éter sulfato de sodio (SLES) en agua.

La generación de espuma siguió un procedimiento de dos etapas para garantizar la formación de una capa de espuma uniforme y reproducible. En primer lugar, cada medio se sometió a una pre-agitación mediante un agitador magnético para favorecer una adecuada dispersión de los componentes. A continuación, se introdujo gas en el sistema mediante nitrógeno a un caudal de 10 L/min, utilizando un difusor de gas. Todos los ensayos se realizaron en un vaso de precipitados de 1000 mL que contenía 200 mL del medio de ensayo. La generación de espuma se mantuvo hasta que el volumen de espuma alcanzó aproximadamente 800 mL, lo que correspondía a la altura máxima del recipiente.

Una vez alcanzada la altura de espuma objetivo, el antiespumante se añadió directamente sobre la superficie de la espuma en el instante inicial (t = 0). Durante los primeros 30 segundos, el volumen de espuma se registró cada 5 segundos con el fin de captar la dinámica del colapso rápido. A partir de los 30 segundos y hasta el final del período de ensayo de 10 minutos, las mediciones se realizaron cada 30 segundos. Este procedimiento permitió obtener simultáneamente información sobre la eficacia inicial de eliminación de la espuma (knockdown efficiency), definida como la reducción inmediata de la espuma preformada, y sobre la persistencia del efecto antiespumante, definida como la evolución del volumen de espuma a lo largo del tiempo tras la adición del antiespumante. Las mediciones de la altura de la espuma se convirtieron en volumen de espuma, lo que permitió representar directamente el volumen de espuma en función del tiempo para cada réplica experimental.

Todos los ensayos se han realizado por triplicado y los resultados se expresan como la evolución del volumen medio de espuma en función del tiempo para cada formulación y cada medio de ensayo. Este enfoque garantizó la reproducibilidad de los resultados y permitió realizar una comparación visual clara del comportamiento dinámico de los tres sistemas de vehículos, tanto en condiciones de formación de espuma de origen proteico como en aquellas basadas en tensioactivos.

Resultados

La efectividad de las tres formulaciones de antiespumantes se evaluó tanto en el medio de CSS como en el medio de SLES, mediante el seguimiento de la evolución del volumen de espuma a lo largo del tiempo. Las dos curvas del volumen de espuma en función del tiempo muestran la velocidad de eliminación de la espuma (knockdown) y el rendimiento antiespumante a largo plazo de cada producto en comparación con el control sin tratamiento.

CSS MEDIO

 

En el medio de CSS, las tres formulaciones produjeron un rápido colapso de la capa inicial de espuma de 800 mL inmediatamente después de su adición. OLM 14 presentó los mayores niveles de velocidad en la eliminación de espuma prácticamente nulos en los primeros segundos. El OLM 14 WO mostró un perfil de reducción similar, con una velocidad ligeramente inferior, pero con una supresión muy estable. Por su parte, el OLV 14 exhibió una reducción inicial comparable, aunque mantuvo los niveles de espuma más bajos durante el período de tiempo más prolongado. Tras el colapso inicial, las tres formulaciones mantuvieron el volumen de espuma prácticamente nulo hasta las etapas finales del ensayo, cuando comenzó a observarse una reaparición gradual de la espuma. En este aspecto, el OLV 14 mostró un efecto rebote más controlado.

SLES MEDIO

 

En el medio de SLES, las diferencias entre las tres formulaciones fueron más evidentes. El OLM 14 volvió a presentar la mayor velocidad de eliminación de la espuma, mientras que el OLM 14 WO proporcionó la supresión más estable y persistente durante todo el ensayo, manteniendo el volumen de espuma prácticamente nulo y sin reaparición significativa de la espuma. Por el contrario, el OLV 14 mostró una menor eficacia en el medio con tensioactivos, con un colapso de espuma más lento y una fase de reaparición de la espuma más temprana y pronunciada. Este comportamiento es coherente con la mayor compatibilidad y capacidad de dispersión de los sistemas basados en aceite vegetal en entornos ricos en tensioactivos.

En ambos medios de ensayo, el control sin tratamiento mantuvo prácticamente constante la altura inicial de la espuma durante todo el ensayo, lo que confirma la necesidad y la eficacia de la adición del antiespumante. Todos los resultados corresponden al promedio de tres réplicas experimentales y muestran tendencias consistentes con una baja variabilidad.

Discusión

Los resultados ponen de manifiesto que la elección del fluido portador influye de forma significativa tanto en el rendimiento inmediato como en el rendimiento a largo plazo de las tres formulaciones de antiespumantes. Aunque todos los productos comparten el mismo principio activo antiespumante, las diferencias en la naturaleza del Carrier, su capacidad de dispersión y su interacción con el medio antiespumante dan lugar a comportamientos diferenciados en los dos medios de ensayo.

En el medio de caseinato sódico (CSS), el OLM 14 proporcionó una mayor velocidad de eliminación de la espuma, en consonancia con la rápida capacidad de extensión característica de los vehículos basados en solventes. El OLM 14 WO, aunque ligeramente más lento en la fase inicial, mantuvo una supresión de la espuma muy estable a lo largo del tiempo, reflejando un perfil de compatibilidad más equilibrado. El OLV 14 alcanzó una eficacia inicial de eliminación de la espuma comparable, pero fue el que mantuvo durante más tiempo los niveles de espuma más bajos. La moderada reaparición de la espuma observada en la fase final del ensayo fue menor con el OLV 14, lo que sugiere una interacción más profunda, aunque más lenta, con el sistema rico en proteínas.

En el medio de SLES, el comportamiento diferencial entre las formulaciones se hizo aún más evidente. Las espumas estabilizadas por tensioactivos son más difíciles de eliminar y, una vez más, el OLM 14 demostró una mayor eficacia en la eliminación inicial de la espuma. El OLM 14 WO proporcionó la supresión más estable durante todo el ensayo, manteniendo niveles de espuma muy bajos y sin una reaparición significativa de la espuma. Por el contrario, el OLV 14 se dispersó con mayor profundidad en la matriz rica en tensioactivos, lo que dio lugar a una eliminación de la espuma más lenta y a una reaparición más acusada de la espuma. Este comportamiento es coherente con la mayor compatibilidad de los vehículos basados en aceite vegetal en entornos con alta concentración de detergentes.

En resumen, el estudio confirma que, aunque las tres formulaciones dan como resultado antiespumantes eficaces, sus perfiles de rendimiento difieren de manera significativa en función de la composición del medio. Estos resultados ponen de manifiesto la importancia de seleccionar el sistema de Carrier más adecuado en función de los desafíos específicos de formación de espuma presentes en los procesos de tratamiento de aguas residuales.

Conclusiones

Este estudio demuestra que el sistema de Carrier desempeña un papel decisivo en el rendimiento de las formulaciones de antiespumantes, incluso cuando el principio activo permanece invariable. Es ambos medios de ensayo, el OLM 14 basado en solventes, proporcionó la mayor velocidad de eliminación de la espuma, lo que confirma su idoneidad para aplicaciones que requieren una supresión inmediata de la espuma. El OLM 14 WO mostró el comportamiento más estable y persistente en ambos medios, lo que lo convierte en una excelente opción cuando se requiere un control duradero de la espuma junto con un Carrier más seguro y de menor volatilidad. Por su parte, el OLV 14 ofreció la mayor persistencia del efecto antiespumante en el medio rico en proteínas, aunque presentó una menor eficacia en el medio con tensioactivos, un comportamiento coherente con la mayor compatibilidad de los carriers basados en aceite vegetal con elevada concentración de detergentes.

En base a los resultados obtenidos, el OLM 14 es la formulación más adecuada para intervenciones que requieren una eliminación rápida de la espuma; el OLM 14 OW constituye la mejor opción para aplicaciones que demandan un control estable y duradero; mientras que el OLV 14 es la alternativa preferente para sistemas biológicamente activos, en los que la preservación de la actividad enzimática y la resistencia a la biodegradación son factores críticos.

En definitiva, los resultados obtenidos ponen de manifiesto que no existe una formulación universalmente óptima; cada producto ofrece ventajas específicas en función del entorno de formación de espuma y de los requisitos operativos del proceso. Para determinar el antiespumante más adecuado para una aplicación industrial, los resultados obtenidos en laboratorio deben complementarse con ensayos en condiciones reales de operación, ya que el rendimiento final también depende de factores como la estrategia de dosificación, el punto de inyección, las condiciones de mezcla y las características específicas de la corriente de aguas residuales.

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