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Cinco alternativas para el tratamiento de aguas residuales industriales

7 noviembre, 2017 por Seguridad Minera Dejar un comentario

En numerosas industrias, los efluentes son resultado de su proceso productivo. Para controlar su impacto ambiental existen tratamientos convencionales y emergentes. La precipitación, electroquímica, intercambio iónico, adsorción y desinfección se encuentran entre las alternativas actuales.

Al igual que en el caso de la materia en suspensión, la materia disuelta en las aguas residuales industriales puede tener características y concentraciones muy diversas. Desde grandes cantidades de sales inorgánicas disueltas (salmueras), orgánicas (materia orgánica biodegradable en industria de alimentación) hasta extremadamente pequeñas cantidades de inorgánicos (metales pesados) y orgánicos (pesticidas).

Algunos tratamientos están siendo desplazados por otros más avanzados y emergentes. Entre ellos se encuentran los procesos de oxidación avanzada y las operaciones con membrana, especialmente en el caso de las aguas industriales. Por esta razón, merecen una mayor atención.

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¿De dónde provienen las aguas residuales industriales?


Precipitación

Consiste en la eliminación de una sustancia disuelta indeseable, por adición de un reactivo que forme un compuesto insoluble con el mismo, facilitando su eliminación por cualquiera de los métodos aplicados a materias en suspensión. Algunos autores incluyen en este apartado la coagulación-floculación. Sin embargo, el término precipitación se utiliza más para describir procesos como la formación de sales insolubles, o la transformación química de un ión en otro con mayor o menor estado de oxidación que provoque la formación de un compuesto insoluble.

Un reactivo de muy frecuente uso en este tipo de operaciones es el Ca2+, dada la gran cantidad de sales insolubles que forma. Por ejemplo, es el método utilizado para la eliminación de fosfatos (nutriente). Además, posee cierta capacidad coagulante, lo que hace masivo su uso en aguas residuales urbanas y muchas aguas industriales de características parecidas.

Procesos electroquímicos

Está basado en la utilización de técnicas electroquímicas. Se hace pasar una corriente eléctrica a través del agua (que necesariamente ha de contener un electrolito) y provocando reacciones de oxidación-reducción, tanto en el cátodo como en el ánodo. Por tanto, se utiliza energía eléctrica como vector de descontaminación ambiental, siendo su costo uno de las principales desventajas de este proceso. Sin embargo, como ventajas cabe destacar la versatilidad de los equipos, la ausencia tanto de la utilización de reactivos como de la presencia de fangos y la selectividad, pues controlar el potencial de electrodo permite seleccionar la reacción electroquímica dominante.

Las consecuencias de las reacciones que se producen pueden ser indirectas, como en el caso de la electrocoagulación, electroflotación o electrofloculación, donde los productos formados por electrolisis sustituyen a los reactivos químicos. Lo mencionado supone una alternativa con futuro a la clásica adición de reactivos. Sin embargo, la aplicación que está tomando un auge importante es en el tratamiento de aguas residuales industriales a través de una oxidación o reducción directa.

  • Oxidación en ánodo: en el ánodo se puede producir la oxidación de los compuestos a eliminar, tanto orgánicos como inorgánicos. Esta oxidación se puede producir directamente por una transferencia de electrones en la superficie del ánodo, o bien, por la generación de un agente oxidante in-situ. En este último caso, se evita manipular agentes oxidantes. Entre las aplicaciones de la oxidación directa cabe destacar el tratamiento de cianuros, colorantes y compuestos orgánicos tóxicos (en algunas ocasiones haciéndolos más biodegradables). El rango de concentraciones con posibilidades de utilizar este tipo de tratamiento también es muy amplio.
  • Reducción en cátodo: su principal aplicación es la reducción de metales tóxicos. Se ha utilizado en situaciones, no poco frecuentes, de reducción de metales catiónicos. Hay una primera etapa de deposición del metal sobre la superficie del cátodo que ha de continuarse con la remoción del mismo. Esto se puede hacer por raspado, disolución en otra fase, etc.

El reactor electroquímico utilizado suele ser de tipo filtro-prensa, semejante a las pilas de combustible. Este sistema permite un crecimiento modular del área. Básicamente, cada módulo se compone de un elemento catódico de bajo sobrevoltaje a hidrógeno y un elemento anódico que utiliza como base óxidos de metales nobles.

Intercambio iónico

Es una operación en la que se utiliza un material, habitualmente denominado resina de intercambio iónico, capaz de retener selectivamente sobre su superficie los iones disueltos en el agua. Los mantiene temporalmente unidos a la superficie, y los cede frente a una disolución con un fuerte regenerante.

La aplicación habitual de estos sistemas permite, por ejemplo, la eliminación de sales cuando se encuentran en bajas concentraciones. La más común es la aplicación para la desmineralización y el ablandamiento de aguas. Asimismo, la retención de ciertos productos químicos y la desmineralización de jarabes de azúcar.

Las propiedades que rigen el proceso de intercambio iónico y que a la vez determinan sus características principales son las siguientes:

  • Las resinas actúan selectivamente, de forma que pueden preferir un ión sobre otro con valores relativos de afinidad de 15 o más.
  • La reacción de intercambio iónico es reversible, es decir, puede avanzar en los dos sentidos.
  • En la reacción se mantiene la electroneutralidad. Hay sustancia naturales (zeolitas) que tienen capacidad de intercambio, pero en las industrias se utilizan resinas poliméricas de fabricación sintética con muy claras ventajas de uso.

Entre las ventajas del proceso iónico en el tratamiento de aguas cabe destacar:

  • Son equipos muy versátiles siempre que se trabaje con relativas bajas concentraciones de sales.
  • Actualmente las resinas tienen altas capacidades de tratamiento, resultando compactas y económicas.
  • Las resinas son muy estables químicamente, de larga duración y fácil regeneración.
  • Existe cierta facilidad de automatización y adaptación a situaciones específicas.

Adsorción

Consiste en la captación de sustancias solubles en la superficie de un sólido. Un parámetro fundamental será la superficie específica del sólido, dado que el compuesto soluble a eliminar se ha de concentrar en la superficie del mismo. La necesidad de una mayor calidad de las aguas, está haciendo que este tratamiento se encuentre en auge. Es considerado como un tratamiento de refino, por lo que se utiliza luego de los sistemas de tratamientos más usuales, especialmente con posterioridad a un tratamiento biológico.

El sólido universalmente utilizado en el tratamiento de aguas es el carbón activo, aunque recientemente se están desarrollando diversos materiales sólidos que mejoran, en ciertas aplicaciones, las propiedades del carbón activo. Hay dos formas clásicas de utilización de carbón activo, con propiedades diferentes y utilizado en diferentes aplicaciones: carbón activado granular y carbón activo en polvo.

La viabilidad económica de este proceso depende de la existencia de un medio eficaz de regeneración del sólido una vez agotada su capacidad de adsorción. El GAC se regenera fácilmente por oxidación de la materia orgánica y posterior eliminación de la superficie del sólido en un horno. Las propiedades del carbón activo se deterioran, por lo que es necesario reponer parte del mismo por carbón virgen en cada ciclo. Por otro lado, el CAP es más difícil de regenerar, pero también es cierto que es más fácil de producir.

La aplicaciones de la operación de adsorción es amplia. Desde un amplio abanico de sustancias orgánicas (colorantes, fenol y mercaptanos, etc.) hasta metales pesados en todos sus estados de oxidación.

Desinfección

La desinfección pretende la destrucción o inactivación de los microorganismos que puedan causarnos enfermedades, dado que el agua es uno de los principales medios por el que se transmiten. Los organismos causantes de enfermedades pueden ser bacterias, virus, protozoos y algunos otros. La desinfección se hace imprescindible para la protección de la salud pública, si el agua a tratar tiene como finalidad el consumo humano. En el caso de aguas residuales industriales, el objetivo puede ser no solo desactivar patógenos, sino cualquier otro organismo vivo, si lo que se pretende es reutilizar el agua.

Para llevar a cabo la desinfección se pueden utilizar distintos tratamientos: tratamiento físico (calor, radiación…), ácidos o bases, etc… pero fundamentalmente se utilizan agentes oxidantes, entre los que cabe destacar el cloro Cl2 y algunos de sus derivados, o bien procesos de oxidación avanzada (ozono O3, fotocatálisis heterogénea). La utilización de desinfectantes persigue tres finalidades: producir agua libre de patógenos u organismos vivos, evitar la producción de subproductos indeseables de la desinfección y mantener la calidad bacteriológica en la red conducción posterior.

Fuente: Tratamientos avanzados de aguas residuales industriales. Antonio Rodríguez Fernández-Alba et al. Universidad de Alcála del Círculo de Innovación en Tecnologías Medioambientales y Energía, España.

Publicado en la Revista Seguridad Minera nº128.

Archivado en: Operaciones

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