Cavitación hidrodinámica en el tratamiento de aguas

Dónde se ubica la cavitación en una planta de tratamiento

En estos estudios, la cavitación fue un módulo añadido a un tren de tratamiento existente, no una planta en sí misma. Apareció en la línea de lodos antes de la digestión anaerobia, antes o después del tratamiento biológico para atacar compuestos que la biología degrada mal, y en corrientes industriales concentradas junto con oxidantes. Una revisión de 2024 menciona la aireación, el tratamiento de lodos activados y la digestión anaerobia como procesos de planta que se han intensificado con cavitación Yeneneh et al., 2024.

Un hallazgo atraviesa todos los estudios que siguen: cuando la cavitación se probó sola y en combinación, la mayor parte de la remoción provino del oxidante añadido o del tratamiento biológico. La cavitación hizo que esos pasos rindieran más; rara vez hizo el trabajo por sí sola. La física se explica en Qué es la cavitación hidrodinámica.

Desintegración de lodos antes de la digestión

La cavitación rompe los flóculos y las células microbianas del lodo activado de purga, y pasa materia orgánica a la solución, donde los microorganismos del digestor pueden alcanzarla. La biología se trata en Biogás e hidrólisis de lodos.

• Un piloto. En una planta piloto con biorreactor de 400 L, 20 pasadas por un generador rotativo elevaron la demanda química de oxígeno soluble (DQOs) de 45 a 602 mg/L, y la producción de biogás en un 12,7 % Petkovšek et al., 2015.
• Energía aplicada. En una comparación de laboratorio, la cavitación usó de 60 a 1.200 kJ por kilogramo de sólidos totales (ST), frente a 180–3.600 kJ/kg ST con ultrasonido y 72.000 kJ/kg ST con tratamiento térmico. El rendimiento de metano aumentó a medida que avanzaba la desintegración, y añadir álcali produjo un efecto sinérgico Lee & Han, 2013.
• Una ventana de proceso. En un estudio de laboratorio de 2026, un generador rotativo de discos con pines elevó hasta en un 27 % el potencial de metano de un lodo municipal. La hidrólisis fue más rápida tras 15–30 pasadas, pero el rendimiento final de metano alcanzó su máximo tras 100. El lodo fluyó con más facilidad pero se filtró peor, y los autores recomendaron una "ventana de proceso acotada" que equilibre metano, filtrabilidad y energía Blagojevič et al., 2026.

Fármacos y otros microcontaminantes

La cavitación con peróxido de hidrógeno (H₂O₂) removió solo una parte de los fármacos ensayados, y menos aún en agua residual real. Las mayores remociones se obtuvieron cuando la cavitación fue un paso dentro de un tren con tratamiento biológico y UV.

• Solo con peróxido. En ensayos de laboratorio con seis fármacos, la cavitación con H₂O₂ removió entre el 3 % y el 70 % en condiciones óptimas Zupanc et al., 2013.
• En un tren. El tratamiento biológico con biomasa adherida, la cavitación con H₂O₂ y la luz UV, en conjunto, removieron más del 90 % del ácido clofíbrico y más del 98 % de la carbamazepina y el diclofenaco; en cuatro compuestos, el paso biológico hizo la mayor parte del trabajo Zupanc et al., 2013.
• Agua enriquecida frente a efluente. Un generador por cizalla removió del 47 % al 86 % de los mismos fármacos en agua desionizada enriquecida, a 50 °C, 15 min y 340 mg/L de H₂O₂. El efluente real redujo la remoción, lo que los autores compensaron con 3,4 g/L de H₂O₂ y 30 min de cavitación Zupanc et al., 2014.
• Antes o después de la biología. La cavitación situada antes del tratamiento biológico logró una remoción mayor de diclofenaco y carbamazepina, del 54 % y el 67 %, que situada después, del 39 % y el 56 % Zupanc et al., 2014.

El mismo grupo concluyó más tarde que distintos contaminantes requieren distintos tipos de cavitación, cada uno de los cuales remueve contaminantes mediante un mecanismo diferente Dular et al., 2016.

Procesos híbridos: cavitación más oxidantes

Añadir un oxidante elevó la remoción muy por encima de la cavitación sola en todos los estudios aquí reunidos. La química de radicales que lo explica está en Procesos de oxidación avanzada (POA).

• Carbamazepina, laboratorio. La cavitación sola alcanzó un 38,7 % de degradación a 4 bar y pH 4; un 52,9 % con UV, un 58,3 % con H₂O₂, un 91,4 % con ozono y un 100 % con H₂O₂ y ozono juntos Thanekar et al., 2018.
• Aguas residuales industriales, piloto de 70 L. La cavitación sola logró una remoción mínima de la demanda química de oxígeno (DQO) en 180 min. Añadir aire dio un 15,5 %; oxígeno, un 42 %; y oxígeno más reactivo de Fenton, con el H₂O₂ fijado en 15 g/L, un 63 % Joshi & Gogate, 2019.
• Colorantes, reactor a escala piloto. La cavitación sola no degradó por completo los colorantes; el H₂O₂ ayudó, con un óptimo de 1,0 g/L. La remoción de color llegó al 68 % para un colorante negro, pero solo al 15 % para el agua residual de tintas de impresión, cuya DQO bajó un 55 %, y los autores recomendaron un paso de postratamiento Zampeta et al., 2021.

Energía por unidad tratada

Los estudios informan la energía de la cavitación en unidades que no se convierten entre sí, de modo que las comparaciones solo valen dentro de un mismo estudio. Los estudios de lodos usan kilojulios por kilogramo de sólidos Lee & Han, 2013. Los pilotos usan el costo por metro cúbico: 398 US$/m³ para el mejor caso del piloto de 70 L, un agua residual industrial compleja tratada con reactivo de Fenton Joshi & Gogate, 2019. Los estudios de contaminantes usan el rendimiento cavitacional, la cantidad degradada por unidad de energía, definido en la lección de oxidación avanzada Thanekar et al., 2018.

El problema de informar el número de cavitación

El número de cavitación se usa a menudo para describir con qué intensidad cavita un dispositivo, pero no puede hacerlo por sí solo. Un equipo de investigación encontró que muchos resultados publicados eran poco repetibles porque los estudios daban demasiado peso a este único valor Šarc et al., 2017.

Sus experimentos mostraron que la geometría, la velocidad del flujo, la temperatura y la calidad del agua modificaban el tamaño, la dinámica y la agresividad de la cavitación, y que la propia definición del número variaba entre estudios. Propusieron parámetros que todo informe debería incluir Šarc et al., 2017. Un artículo que solo da un número de cavitación no puede compararse con otro.

Del laboratorio a la escala piloto

Los sistemas más grandes de esta lección son el piloto de lodos de 400 L, el piloto industrial de 70 L y un reactor de orificio a escala piloto para colorantes. Escalar no es sencillo. Un estudio de modelado de 2026 con datos publicados de diodos de vórtice, que abarcaba diámetros de garganta de 6 a 38 mm y caudales nominales de 5 a 200 L/min, encontró que el rendimiento de radicales hidroxilo disminuía al aumentar el diámetro de garganta, y señaló que aún no está establecida una relación cuantitativa entre la escala y la generación de radicales Pang et al., 2026. Una revisión de 2016 lo resumió así: el camino hacia el uso rutinario en el tratamiento de agua "aún es largo" Dular et al., 2016.