1. Flotación con nanoburbujas frente a flotación por aire disuelto (DAF)
Comparación operativa La flotación por aire disuelto (DAF) tradicional se basa en la generación de microburbujas (MB), que suelen tener un tamaño de entre 30 y 100 µm. Si bien es eficaz para separar el aceite libre de los sólidos suspendidos de mayor tamaño, los sistemas DAF a menudo presentan dificultades con las gotas de aceite emulsionado menores de 20 µm. Estas gotas ultrafinas tienden a seguir las corrientes de agua alrededor de las microburbujas ascendentes, lo que resulta en una baja eficiencia de colisión.
La flotación con nanoburbujas (NB) utiliza burbujas de menos de 1 µm (normalmente de 150 a 350 nm). A diferencia de las microburbujas (MB), las NB poseen baja flotabilidad y están dominadas por el movimiento browniano en lugar de la flotabilidad, lo que les permite permanecer suspendidas en la columna de agua durante períodos prolongados. Esta característica aumenta significativamente la probabilidad de colisión con gotas de aceite ultrafinas que los sistemas DAF estándar no detectan. Shen y otros, 2022.
Mecanismo de fijación: ángulo de contacto e hidrofobicidad La superioridad de las NB en la adhesión al aceite emulsionado se rige por la termodinámica de la superficie:
- Atracción hidrofóbica: Las nanoburbujas se nuclean preferentemente en superficies hidrofóbicas (como gotas de aceite) debido a la menor barrera energética. Una vez adheridas, forman un "puente de gas" o actúan como colector secundario.
- Modificación del ángulo de contacto: Las nanoburbujas (NB) aumentan el ángulo de contacto aparente de las gotas de aceite (o partículas sólidas). Al expandir la línea de contacto trifásica (gas/líquido/sólido), las NB mejoran la hidrofobicidad del agregado. Esto prepara la superficie para la adhesión de burbujas portadoras más grandes (microburbujas), facilitando un ascenso más estable a la superficie. Este efecto de "siembra" permite que las NB conviertan impurezas hidrofílicas o débilmente hidrofóbicas en agregados separables. Oliveira et al., 2017; Shen y otros, 2022.
2. Ruptura de la emulsión
Desestabilización sin productos químicos agresivos Para romper emulsiones estables de aceite en agua, generalmente se requieren altas dosis de desemulsionantes químicos para superar la repulsión electrostática (potencial zeta) entre las gotas. Las nanoburbujas ofrecen una alternativa física a la dosificación de grandes cantidades de productos químicos:
- Atrapamiento y "flóculos aireados": Las investigaciones indican que los NB pueden quedar atrapados. adentro Estructuras de aceite floculadas. A diferencia de las burbujas de aire convencionales que se adhieren al exterior, las NB penetran en el agregado, reduciendo significativamente la densidad del flóculo sin requerir un puenteo de polímero excesivo. Esto crea "flóculos aireados" que son altamente flotantes y resistentes a las fuerzas de corte durante la fase de ascenso. Etchepare et al., 2017.
- Reducción de la tensión interfacial: Se ha observado que la presencia de NB reduce la tensión superficial de la fase acuosa (por ejemplo, una reducción de entre el 7 % y el 20 %, dependiendo del tipo de gas). Esta reducción facilita la coalescencia de las gotas de aceite y mejora la adsorción de tensioactivos/polímeros, lo que permite utilizar dosis químicas más bajas para lograr la separación de fases. Inglés, 2025.
- Modulación del potencial zeta: Si bien las burbujas generalmente tienen carga negativa, su gran superficie específica y su interacción con los iones en el agua salina pueden modular el potencial zeta del sistema, reduciendo las fuerzas repulsivas entre las gotas de aceite y facilitando la agregación. Shen y otros, 2022.
3. Métricas de recuperación
Datos de eficiencia de remoción La integración de nanoburbujas en los circuitos de flotación ha dado como resultado parámetros de separación superiores en comparación con los métodos convencionales, especialmente en entornos difíciles con agua salina o agua de producción.
- Petróleo crudo emulsionado: En pruebas de tratamiento de agua salina con petróleo crudo emulsionado (concentraciones iniciales de 334–484 mg/L), la combinación de microburbujas y nanoburbujas logró eficiencias de eliminación. >99%, reduciendo el contenido de aceite residual a <1 mg/LIncluso a presiones de saturación más bajas (3,5 bar), el efluente cumplía con los estrictos estándares de descarga en alta mar (<29 mg/L). Etchepare et al., 2017.
- Hidrocarburos totales de petróleo (TPH): En la remediación de arenas y fluidos contaminados con petróleo, los NB cargados positivamente demostraron una eficiencia de eliminación de TPH de ≥94% utilizando regímenes de inyección intermitente, superando a las inyecciones por lotes. Bui et al., 2022.
- Eficiencia del sistema frente a control: Al comparar la flotación mejorada con aire-NB con el burbujeo de aire estándar (control), la eficiencia de eliminación de petróleo aumentó de 62% (control) a 98,5% (con NB mejorado) utilizando una dosificación optimizada de polímero (0,2 % en peso). Además, el proceso NB logró estos resultados aproximadamente un 20 % más rápido que el control. Inglés, 2025.
- Aceite y grasa: En el tratamiento de efluentes secundarios municipales, las nanoburbujas de oxígeno redujeron el contenido de aceite y grasa en 33% (de 9 mg/L a 6 mg/L), mientras que las burbujas de aire convencionales no mostraron un efecto significativo en la reducción de petróleo en el mismo período de tiempo. Ahmed y otros, 2023.