Tratamiento de aguas

El A-B-C del tratamiento de Aguas Residuales

Ing. Ernesto Méndez 5 enero, 2022

El A-B-C del tratamiento de Aguas Residuales

Los procesos de separación industrial sólido/líquido involucran más que un tratamiento de agua residual convencional. Las áreas adicionales incluyen pre-tratamiento, clarificación de agua cruda, filtración del medio, ablandamiento de calcio, intercambio iónico y tratamiento de membrana, así como ósmosis inversa (RO), ultrafiltración (UF) y nano-filtración (NF).

Hay dos fuentes básicas de agua para aplicaciones industriales —agua de superficie y agua subterránea. Ambas fuentes de agua contienen impurezas que deben ser removidas antes de utilizarse para prevenir problemas operacionales con equipos que usan agua.

Otros problemas potenciales incluyen la corrosión de sistemas de metales, incrustación en áreas de flujo bajo del equipo y depósitos de incrustaciones minerales, típicamente en temperaturas más altas o locales de alto flujo de calor. Las impurezas que son comúnmente removidas por la separación de sólido/líquido son sólidos suspendidos (limo, arcilla, etc.), metales (casi siempre hierro y manganeso), dureza (calcio y magnesio), alcalinidad (bicarbonato y carbonato), y orgánicos (ácidos húmicos y fúlvicos de vegetaciones en descomposición). Las corrientes de salida de un proceso industrial o de un sistema municipal (particularmente en el caso del agua utilizada en el proceso o sistema) es considerada “agua residual”. El agua residual contiene típicamente una mezcla compleja de sólidos y sustancias disueltas resultantes del uso del agua. Para reducir los efectos nocivos que el agua residual (y sus componentes contaminantes) pueden producir, es necesaria alguna forma de tratamiento.

Tratamiento de agua residual industrial

Entre las principales razones para practicar el tratamiento de agua residual industrial se incluyen:

Los siguientes componentes residuales pueden estar implicados en el control de la contaminación industrial y el tratamiento residual, dependiendo de la naturaleza de la industria y sus residuos.

Exceso de alcalinidad o acidez de los residuos —tanto el pH bajo como el alto son mortíferos para la vida acuática; el ácido mineral y la descarga alcalina pueden afectar la capacidad reguladora natural de alcalinidad del agua.

Sólidos suspendidos —la turbidez transmitida, el material sedimentario y las condiciones perturbadoras para aguas. Si son orgánicas, contribuirán a presionar la demanda bioquímica de oxígeno (DBO) en flujos recibidos.

Sustancias orgánicas solubles —típicamente causan el agotamiento del oxígeno disuelto en las aguas receptoras al estimular el crecimiento y la respiración de las células microbianas. Frecuentemente expresado como demanda bioquímica de oxígeno (DBO) o demanda química de oxígeno (DQO).

Rastros de contaminantes orgánicos — pueden transmitir gusto y olores desagradables a las aguas receptoras usadas para suministrar el agua potable; pueden ser tóxicos para la vida acuática o para el agua de desecho.

Metales pesados y cianuros —a veces presentes en procesos industriales de efluentes, representan toxicidad para la vida acuática y para los usuarios de suministro de agua receptora.

Color y turbidez —componentes presentes en algunos residuos industriales en pequeñas concentraciones pueden degradar la calidad del agua receptora por la leve extinción y los efectos en la estética y la vida acuática.

Nitrógeno y fósforo —el amoniaco en el agua es muy tóxico para los peces. Tanto el nitrógeno como el fósforo estimulan el crecimiento de algas, lo que puede degradar lagunas, lagos y la calidad del agua.

Sustancias orgánicas refractarias —pueden contribuir con la contaminación de la corriente creando espumas, toxicidad y resistencia a la biodegradación.

Materia aceitosa y flotante —pueden degradar la vida acuática en cantidades pequeñas y pueden causar problemas estéticos, de sabor y olor en fuentes de suministro de agua.

Materiales oxidantes o de reducción —la actividad química en residuos industriales puede ser muy tóxica para la vida acuática.

Materiales volátiles —el sulfuro de hidrógeno gaseoso es tóxico, y otros gases volátiles en los residuos pueden causar la contaminación del aire.

Temperatura — el agua más caliente o fría que la temperatura ambiente puede afectar la vida acuática.

Tratamiento primario de aguas residuales

El tratamiento primario es un proceso físico, que sirve para remover la mayoría de los sólidos sedimentables. En una planta municipal típica, entre un 40% y un 60% de todos los sólidos son removidos en el tratamiento primario. La eficiencia de remoción para el tratamiento primario en otras industrias varía dependiendo de la naturaleza de los sólidos que deben ser removidos. Un clarificador primario puede ser un tanque rectangular o circular, que generalmente suministra 1-2 horas de retención para disminuir la materia suspendida. A veces, el lodo primario se espesa por separado de los otros lodos en el tratamiento residual. Para el tratamiento de agua residual industrial, a menudo también se usan los separadores de Flotación de Aire Disuelto (DAF), separadores API (Instituto Americano de Petróleo) y separadores CPI (Interceptor de Planta Coalescente) para remover aceites y sólidos. El uso de los procesos de infiltración y micro-infiltración de membrana también están ganando impulso en la clarificación primaria.

Tratamiento secundario de aguas residuales

El tratamiento secundario es una forma de oxidación biológica. En una planta de tratamiento secundario, el efluente de los clarificadores primarios recibe un tratamiento adicional (secundario). El tratamiento secundario tradicional depende primeramente de organismos biológicos aeróbicos para la descomposición bioquímica de sus componentes orgánicos solubles en sólidos inorgánicos u orgánicos estables que se sedimentan rápidamente.

Los procesos de tratamiento secundario típico son:

Tratamiento avanzado (terciario) de aguas residuales.

El tratamiento de agua residual avanzado (AWT), también llamado de tratamiento terciario de aguas residuales, trata el efluente de clarificadores secundarios para atender los requisitos de efluentes específicos. Los procesos de unidad típicos incluyen filtración de lecho granular, ultrafiltración o micro-filtración que a veces es seguida de la ósmosis inversa, dependiendo de la calidad de agua requerida, columnas de carbón activado, intercambio iónico, blanqueadores terciarios, lagunas y remoción de fósforo.

Desinfección

Desinfectar es matar bacterias patógenas (causantes de enfermedades) y virus que se encuentran en las aguas residuales. Este proceso difiere de la esterilización, el cual extermina todos los organismos vivos. La desinfección normalmente la practican las plantas municipales e industriales que manejan residuos patógenos animales o humanos (como mataderos, envases alimenticios o procesadores). Los métodos típicos de desinfección utilizados incluyen cloración, ozonización y, de forma limitada, la radiación por rayos ultravioleta.

Estabilización, espesamiento y deshidratación de lodos

La discusión sobre el tratamiento de agua residual estaría incompleta sin considerar la generación de lodos, que es uno de los principales subproductos de cualquier sistema o proceso de tratamiento de agua residual. Inicialmente, los sólidos en los lodos de los clarificadores de tratamientos primario o secundario de aguas residuales, especialmente en una fábrica de agua residual municipal, deben ser estabilizados. La estabilización de lodo generalmente se diseña para tratar lodos con menos olor, para reducir el contenido de organismos patógenos y para reducir el volumen de lodo que requiere procesamiento adicional. El sistema de digestión tanto aeróbica como anaeróbica es detallado en esta sección con principios de operación, descripción de equipos, tratamiento químico dentro de los procesadores y parámetros operacionales. El espesamiento de lodo es generalmente el tratamiento que remueve el agua adicional del lodo, reduciendo así el volumen de lodo requerido en otro procesamiento. Los detalles de los procesos de espesamiento de gravedad y flotación incluyen los principios de operación, descripciones de equipo, tratamiento químico dentro de los procesadores y parámetros operacionales. El aspecto final del procesamiento de lodos presentado en esta sección es la deshidratación del lodo. La deshidratación es la remoción del agua de los residuos sólidos del tratamiento de agua en cantidades mayores que las obtenidas por medio del espesamiento. Los procesos mecánicos y técnicas de deshidratación de lodos se detallan para ayudar a seleccionar el método más apropiado para el tipo de lodo del que se trate.

Remoción de metales pesados

Se podría decir que la remoción de metales es el proceso de tratamiento de agua residual más desafiante, porque el mismo depende de otros dos procesos (precipitación de metal, y remoción de partículas), y los flujos de agua residual varían mayormente no solo un contenido de metal, sino también en Sólidos Disueltos Totales (TDS) y Sólidos Suspendidos Totales (TSS), los cuales afectan la manera en que el sistema responde a las técnicas de separación de líquidos-sólidos. Otros procesos de tratamiento tales como la ecualización, la oxidación química o la reducción (ej.: reducción crómica hexavalente y destrucción de cianuro) pueden necesitar ser realizados antes de los procesos de precipitación química de metales pesados. Las interacciones químicas, temperatura, pH, solubilidad de contaminantes de los residuos y efectos de mezcla afectan el desempeño del proceso de precipitación química.

En términos generales, el tratamiento de aguas residuales para remover metales puede ser dividido en tres etapas:

  1. Pre-tratamiento de aguas residuales
  2. Precipitación de metales pesados
  3. Separación de sólidos/líquidos

Tratamiento de residuos oleosos

El agua y el aceite a veces se combinan (se emulsionan) durante los procesos industriales. Las emulsiones resultantes son tanto de aceite en el agua (o/w) como agua en el aceite (w/o), dependiendo de qué material se dispersa en el otro. Una emulsión de aceite en agua posee agua en la fase continua, mientras la emulsión de agua en el aceite posee aceite en la fase continua. Los dos tipos de emulsión pueden contener otros materiales contaminantes (sólidos, suciedad, metales, blanqueadores emulsificadores, solventes, etc.).

Cada corriente de residuos aceitosos es típicamente una emulsión que requiere tratamiento. Una emulsión de residuos aceitosos (aceite en agua) generalmente aparece como un agua ceniza, aceitosa y sucia. Una emulsión de residuos aceitosos (agua en aceite) es generalmente negra, gruesa y viscosa.

Las emulsiones se mantienen generalmente por factores que estabilizan la emulsión, tales como la ionización, la adsorción, el contacto friccional, o una combinación de estos mecanismos. El factor de estabilización debe ser eliminado o neutralizado para permitir que las gotas emulsionadas se fusionen y la emulsión se pierda.

El tratamiento de residuos aceitosos (o/w) generalmente usa separación por gravedad de aceite no emulsionado (libre) y un tratamiento químico y separación del aceite emulsionado por un proceso de flotación de aire. Los separadores por gravedad reducen la cantidad de material de partículas en suspensión a través de la decantación y permiten que el aceite en el emulsionado suba a la superficie. Los separadores remueven el aceite libre para tratamiento posterior.

El tratamiento de aceite residual (w/o) involucra la recuperación de aceite de una emulsión utilizando uno o más de los cuatro métodos de tratamiento comunes:

  1. Tratamiento por transferencia
  2. Ajuste de pH
  3. Mezcla interna
  4. Tratamiento químico

El procesamiento por lotes de la emulsión es común a los cuatro métodos. La aplicación de calor y de productos químicos durante el procesamiento es común a los tres primeros métodos de tratamiento. El cuarto método puede ser utilizado en una base individual, pero frecuentemente es usado en combinación con los primeros tres métodos. El producto químico desestabilizador de emulsión desempeña un papel clave en la separación del aceite del agua.

Control de espuma

El anti-espumante controla o elimina la espuma en el tratamiento secundario o en las áreas de efluentes finales de una estación de tratamiento de residuos.

La espuma es un gas (usualmente aire) disperso en un líquido que contiene algunas impurezas, las cuales estabilizan a las burbujas. En los sistemas de tratamiento secundario, la actividad bacteriana es la principal causa de espuma, aunque la acción mecánica (flujo en cascada, bombas, agitación violenta, etc.) y contaminación química también puede causar espuma. Reducir la espuma usando antiespumantes es deseable por razones de seguridad, de salud y motivos por estéticos.

Control de olor

Los problemas de olor son algo incómodo para la comunidad y una preocupación para el personal de la planta de aguas residuales. Los olores de las aguas residuales van desde olores a humedad hasta gases tóxicos. La mayoría de los compuestos que causan olores en aguas residuales domésticas resultan de la descomposición anaeróbica biológica de materiales orgánicos. Los sistemas de tratamiento de residuos industriales tienen fuentes de olor específicas y un único problema en lidiar con los olores. Comprender el origen y la naturaleza de los olores de aguas residuales es un paso importante para controlar los problemas.

Limpieza industrial

Los productos de limpieza industriales son productos químicos que remueven la materia indeseada de equipos de proceso (intercambiadores de calor, compresores, etc.) sin raspadura o fresado mecánico. La materia indeseada es muchas veces en la forma de depósitos (incrustaciones, herrumbre, productos de corrosión, aceite y grasa, barro o lodo, crecimientos microbiológicos, o una combinación de éstos). Los productos químicos de limpieza industrial son ácidos, formulaciones alcalinas o solventes. Los productos químicos de limpieza usan detergentes, solventes, o reactivos químicos para realizar la limpieza; alguna forma de acción mecánica a menudo acompaña el uso de productos químicos de limpieza. La aplicación de los productos de limpieza industrial puede asumir formas diversas; inmersión, espray, circulación (en intercambiadores de calor o tuberías), y limpieza a vapor son métodos comunes de aplicaciones.

Muchas veces, una técnica (cepillado o limpieza) abrasiva acompaña la aplicación de un líquido de limpieza industrial.

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